摘要：针对无人直升机在飞行过程中面临的状态受限和执行器饱和等多约束问题,本研究结合时变障碍Lyapunov函数技术和辅助系统方法提出了一种抗饱和安全飞行控制策略。首先,对状态约束进行分析并建立了包含输入饱和的无人直升机非线性系统模型;其次,针对输入饱和问题,采用饱和误差构造辅助系统,并将辅助系统的输出变量反馈到控制器中以提高系统的抗饱和能力,同时针对状态约束问题,引入时变障碍Lyapunov函数对其进行处理,保证飞行状态在预设的安全约束范围内变化;最后,在反步控制技术的框架下,设计了同时存在时变状态约束和输入饱和的无人直升机跟踪飞行控制方案,并结合Lyapunov稳定性理论证明了整个闭环系统误差的有界稳定性。通过仿真验证并与传统PID控制方法相对比,验证了本文所提出控制算法的有效性和优越性。研究结果表明:所提出的控制算法不仅能够确保无人直升机的飞行状态在合理且安全的范围内变化,而且提高了整个飞控系统的抗饱和能力。

摘要：0背景作为无人机的一种，无人直升机同时兼具零伤亡、使用门槛低、舱内利用率高、操作员培训费用低和可垂直起降、低空飞行、对起降环境要求低等特点，已经受到各行业的重点关注，随着航空业的快速发展，必将成为世界各国航空装备中不可缺少的重要组成部分。

摘要：针对无人直升机受强风干扰而造成偏离航线甚至带来飞行安全隐患的工程问题,首先,分析了直升机受到强风扰动影响的动力学和运动学机理以及常规控制方法在强风干扰下控制律存在的诸多不足。其次,提出了无人直升机横航向通道的控制律改进优化方案,在内回路设计了自抗扰控制器用于降低紊流风的扰动;并针对直升机不同飞行阶段设计了相应的外回路控制策略和控制律:悬停/小速度阶段采用基于地速控制和侧向加速度的控制方案提高强风扰动下的位置控制精度和消除侧滑;前飞阶段采用风场估计算法和前馈动态补偿的方法来实现前飞无侧滑抗风控制飞行。最后,针对不同类型的强风扰动以及无人直升机不同的飞行阶段进行了控制律的仿真验证,结果分析表明所设计的控制律具有良好的抗风能力,可以满足无人直升机在强风扰动下的稳定性和安全性要求。

摘要：针对无人直升机的大范围鲁棒控制问题,提出局部H∞最优线性变参数(linear parameter varying,LPV)速度(local H∞optimal LPV velocity,LHOV)控制方法。首先将无人直升机系统简化成含有干扰的LPV系统,针对各个固定飞行模式独立设计H∞静态输出反馈(H∞static output feedback,HSOF)控制器,然后采用插补控制技术,针对每一种飞行模式下的线性系统设计一个只含有不可控部分和不可观部分的插补控制器,进而将所有模式下的控制器融合成一个LHOV控制器,从而既保证模式之间鲁棒转换,又使得系统进入任意一个模式后能达到H∞性能最优。最后,仿真结果表明,采用此方法设计的控制器能够获得大范围良好的稳定性和鲁棒性。

摘要：针对小型无人直升机的姿态控制问题,考虑到现有基于模型的控制方法对直升机动力学模型的先验信息依赖较大,以及未建模动态系统的影响等问题,设计了一种基于增强学习(RL)的飞行控制算法.仅利用直升机的在线飞行数据,补偿了未建模不确定性的影响.同时为了抑制外界扰动,提高系统的鲁棒性,设计了一种基于误差符号函数积分的鲁棒(RISE)控制算法.将两种算法结合,并利用基于Lyapunov分析的方法,证明了无人机姿态控制误差的半全局渐近收敛.最后在无人直升机飞行控制实验平台上,进行了姿态控制的实时实验验证.实验结果表明,本文提出的控制方法具有良好的控制效果,对系统不确定性和外界风扰具有良好鲁棒性.

摘要：现有的无人直升机模型具有阶数高、精确建模困难、外部干扰大等缺点,因此,设计常规反步控制器面临着计算量大、抗干扰能力不足、轨迹跟踪效果差等问题.为此,文中提出了一种基于鲁棒积分滤波反步法的无人直升机飞行控制方法.该方法采用滤波器对虚拟控制量进行求导,以解决反步控制器的微分爆炸问题;通过引入积分项和不连续的鲁棒项来提高闭环系统的抗干扰能力,消除轨迹跟踪静态误差.理论分析和仿真结果表明,该方法是有效、可行的.

摘要：显模型跟踪控制技术以特有的优点,在直升机控制中得到了成功应用。以样例无人直升机为控制对象,为其设计了基于显模型跟踪法的悬停姿态控制器,对显模型跟踪控制系统中的显模型模块、逆模型模块及反馈补偿模块作了详细的论述,并以俯仰通道和滚转通道为例,进行了悬停与小速度前飞的数字仿真和非线性仿真验证,取得了满意的控制效果。

摘要：针对无人直升机航迹控制要求,提出一种基于线性变参数(LPV)控制理论的无人直升机一体化式飞行控制律设计方法,通过速度、侧滑角、高度和偏航角控制通道的显模型跟踪控制,实现无人直升机航迹控制。建立了无人直升机高阶非线性动力学模型,模型中考虑了旋翼桨叶挥舞和摆振运动、旋翼动态入流、机体运动之间的运动耦合,用于检验直升机高阶运动特性对控制律性能和闭环系统稳定性的影响。由于无人直升机的非线性动力学模型是典型的周期性系统,基于简谐平衡方法进行无人直升机的配平和模型线性化计算,在速度包线内得到用于控制律设计的无人直升机LPV模型,通过凸函数优化方法求解LPV控制律的参数。基于典型直升机机动,采用数值仿真方法对LPV控制律在传感器噪声影响下的控制性能进行检验,仿真结果表明:LPV控制律在速度包线内具有良好的控制性能和鲁棒性,无人直升机闭环系统在机动飞行中满足给定的性能要求。

摘要：论述了将Voyage模型直升机改造成全自主无人直升机的工作。首先,改造了直升机结构,设计了飞控电子设备和基于客户/服务模式的飞控软件和地面站软件;其次,利用扫频数据进行频域辨识,建立了直升机姿态通道的动力学模型;最后,设计了飞行控制律,实现了在悬停和低速下的全自主飞行。

摘要：设计了一套包含视觉目标识别单元、目标跟踪器、甲板状态跟踪器和模糊逻辑控制的无人直升机自主着舰系统.视觉系统通过对采集的图像预处理提取出可能的甲板标识区域,然后对此区域计算其仿射不变矩特征集合,对得到的特征集经过模糊识别技术实现对甲板降落区域的识别,并根据矩特征集计算出甲板运动状态信息.目标跟踪器采用了卡尔曼滤波技术,在目标二阶运动方程的基础上设计了跟踪算法.甲板运动状态跟踪器用于在无人直升机的降落期间实现对甲板尤其是触舰瞬间甲板的纵摇、横摇及浮沉状态的预测,该跟踪器采用了改进的卡尔曼多步预测算法.设计了基于模糊逻辑的比例积分控制器,由多个并行的对特定任务实施控制的子控制行为构成.仿真试验结果验证了所提出的算法.在仿真试验中,无人直升机能够正确的识别甲板目标区域,实现了对运动舰船在二维水平面内的跟踪,甲板状态跟踪器能够预测未来1~5个周期内甲板状态,控制器基于目标信息和甲板状态能够正确地引导无人直升机实现安全着舰.