摘要：研究了无人直升机飞行控制系统实时软件系统设计架构,针对机载嵌入式飞控计算机系统和地面站计算机系统,提出了基于VxWorks实时操作系统的多线程任务机载软件设计方案和基于WindowsXP操作系统的地面站软件设计方案,有助于加快完成无人直升机飞行控制系统的设计和验证。机载系统软件设计为数据采集和测量、伺服舵机驱动、飞行控制与发动机控制实现、通信和数据请求存储等功能。地面站系统软件设计为与机载系统的数据通信、终端用户操控,以及实时飞行状态监视等功能。利用组件对象模型设计技术实现了系统软件设计的模块化、软件结构分层组件化,方便了软件系统的集成与扩展。采用多任务线程机制,有效地满足了飞行控制系统实时性要求。利用实时操作系统的定时器任务机制,确保飞行模式的任务管理和调度。依据所提出的软件设计架构完成了实时机载软件和地面站软件组件模块的设计与开发,而且软件集成快捷方便。研究成果已成功应用于某型无人直升机飞行控制系统。

摘要：针对摄像机未标定和特征点坐标未知的情况,本文提出一种新颖的基于图像的无人直升机自适应视觉伺服方法.控制器是基于反推法设计的,但是和已有的基于反推法的视觉伺服不同的是,它利用与深度无关矩阵将图像误差映射到执行器空间,从而可以避免估计特征点的深度.这种设计方法可以线性化未知的摄像机参数和特征点坐标,所以能方便地设计自适应算法来在线估计这些未知参数,同时为了保证图像误差收敛和避免估计参数收敛至零解而引入了两个势函数.利用Lyapunov方法证明了基于非线性动力学的控制器的稳定性,并给出了仿真验证.

摘要：为研究某型无人直升机机身两侧的外挂组合体对其气动特性的影响,采用求解Navier-Stokes方程的方法,对直升机机身的气动特性进行数值计算,并与风洞试验结果进行对比,验证CFD(computational fluid dynamics)计算方法的准确性和可靠性。计算加装外挂组合体前后的无人直升机气动特性,包括不同侧滑角和不同挂载状态,并进行对比分析。结果表明,外挂组合体对无人直升机的阻力影响较大,对升力和俯仰力矩等影响较小。加装外挂组合体后,无人直升机气动特性受侧滑角变化的影响更大,外挂组合体中的导弹数量变化对无人直升机的阻力影响较大。研究结果可为加装外挂组合体的气动布局和减阻设计提供参考。

摘要：针对具有系统不确定和外部干扰的无人直升机飞行控制问题,提出了一种基于神经网络和扩张状态观测器的控制方法.利用神经网络逼近系统的不确定性,引入扩张状态观测器对神经网络的逼近误差和系统外部干扰进行估计.基于神经网络和扩张状态观测器的输出,对无人直升机的主旋翼挥舞角、姿态角速率、姿态角、速度与位置系统分别进行了控制器设计,以增强系统鲁棒性和抗干扰能力.同时,引入动态面控制方法以避免对虚拟信号进行直接求导,并通过李雅普诺夫方法分析了闭环控制系统的稳定性.最后使用无人直升机数据进行仿真验证,结果表明设计的控制律能使无人直升机有效跟踪控制指令,具有良好的稳定性与鲁棒性.

摘要：针对小型无人直升机存在模型参数不确定性、电磁干扰影响的问题,设计了一种基于ESO(扩张状态观测器)的高精度姿态控制方法.直升机姿态通道中的不确定部分及外界复合扰动被视为总扰动,通过ESO进行实时估计,结合状态反馈控制器实现扰动消除.试验结果表明,在0.1 s内姿态角可从0°快速跟踪到5°且无超调.最后将设计的控制器应用于研制的高精度无人驾驶系统,实现系统参数变动等条件下直升机的全自主定点悬停和航迹飞行.

摘要：为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号干扰的情况下实现平稳的自主降落,采用AprilTags视觉基准系统中的TAG36H11图像作为降落地标,并基于该降落地标设计了一种视觉辅助的交叉双旋翼无人直升机自主降落控制系统。对降落地标进行图像预处理,基于Canny边缘检测、Hough变换直线检测和矩形检测,提取降落地标的特征信息,然后通过相机成像原理和坐标系转换解算出无人直升机的相对位姿信息,针对GPS信号干扰的情况下提出了一种利用Hough变换直线检测解算偏航角的算法,最后设计了一种串级PID控制结构的位姿控制算法,位置控制中设计了一种开方控制器,用于限制无人直升机的极限期望位置和最大加速度。同时,在姿态控制中设计了一种交叉双旋翼无人直升机姿态控制机构,通过6个数字舵机控制倾斜盘的倾角实现交叉双旋翼的周期变距,改变无人直升机的飞行姿态。通过Mission Planner飞控地面站进行仿真验证,将视觉处理系统与飞行控制系统组合,仿真结果表明,视觉辅助的飞行控制系统可以很好地跟踪无人直升机的期望位置。经过实验验证,姿态角度偏移量控制在4°以内,位置偏移量控制在0.05 m以内,可以实现交叉双旋翼无人直升机视觉辅助的自主降落。

摘要：首先根据模型参考自适应控制理论,将模型逆与在线神经网络结合,设计了神经网络自适应姿态控制系统。接着叙述反馈线性化及模型逆理论,分析系统的模型跟踪误差动力特性,设计神经网络控制器及在线算法。然后以某无人直升机俯仰通道为例,对神经网络姿态控制系统进行仿真。结果表明该系统能够对未建模特性、参数不确定性等引起的模型逆误差进行自适应,而且在传感器输出中具有白噪声时仍然能够获得较好的响应特性。

摘要：针对某型直升机无人化改装过程中带传动离合器的控制要求,探讨一种具有安全保护功能的控制系统.通过分析带传动离合器的操纵原理和控制特性,提出了控制系统的设计需求,确定了控制系统的总体方案.采用转速反馈和间歇接合的控制方法,实现离合器的自动接合,避免发动机转速降幅过大.通过采集着陆信号,采取硬件注销的方式,避免无人直升机在飞行中响应离合器分离等危险指令.采用转速反馈和磁电机间歇接地的控制方法,防止发动机在离合器未接合的情况下超速.在某型无人直升机上分别进行自动接合试验和超速保护试验,在地面模拟进行空中/地面保护试验.结果显示:自动接合试验中发动机最小转速为960r/min;超速保护试验中发动机瞬时最大转速为2 016r/min,最小转速为1 088r/min,超速持续时间为0.5s;空中/地面保护试验确认了地面状态指令正常执行和空中状态指令注销的功能.试验结果表明:该控制系统设计方案满足无人直升机的使用需求.

摘要：利用中间件TAO及其事件服务机制,设计了分布式飞行控制系统。为了实现该系统,开发了公共事件服务组件(包括事件提供组件和事件消费组件) ,其他需要事件服务的组件对其进行简单地调用,就可以实现分布在不同计算机、不同操作系统、应用不同语言编写的组件之间的通信。仿真结果表明:这种实现方式大大增强了系统组件的重用性,使组件之间解耦,提高了系统设计的效率,降低了开发费用。

摘要：无人直升机具有多种特点,应用前景极为广泛。但它在几种模态转换的过程中,存在着很大的不确定性,建模困难,很难实现工作模态的平稳转换。该文基于直升机模态转换期间的近似动力学模型,利用模糊逻辑的方法设计出一种模态转换控制器,并基于灵敏度分析方法,提出一种判定系统李亚普诺夫稳定的方法。仿真实验表明所设计出的控制器较好地解决了模态之间的平稳转换问题,并验证了所设计的控制系统满足李亚普诺夫稳定性,取得了满意的结果。