自研软翼无人机自主飞行控制与仿真研究

系统仿真学报 ›› 2015, Vol. 27 ›› Issue (12): 2988-2997.

自研软翼无人机自主飞行控制与仿真研究

齐俊桐¹, 刘金达², 尚红³, 杨丽英¹, 梅森¹, 韩建达¹

1.中国科学院沈阳自动化研究所,沈阳 110015;
2.东北大学,沈阳 110819;
3.中国地震应急搜求中心,北京 100049

收稿日期:2014-05-13 修回日期:2014-08-31 出版日期:2015-12-08 发布日期:2020-07-30
作者简介:齐俊桐(1981-),男,天津,博士,研究员,研究方向为机器人自主控制;刘金达(1989-),男,河北辛集,硕士,研究方向为软翼无人机自主控制。
基金资助:
863项目(2011AA040202); 国家自然基金项目(61433016)

Autonomous Flight Control and Simulation Study of Independent Developed Soft-wing UAV

Qi Juntong¹, Liu Jinda², Shang Hong³, Yang Liying¹, Mei Sen¹, Han Jianda¹

1. Shenyang Institute of Automation (SIA), Chinese Academy of Sciences (CAS), Shenyang 110015, China;
2. Northeastern University, Shenyang 110819, China;
3. National Earthquake Response Support Service, Beijing 100049, China

Received:2014-05-13 Revised:2014-08-31 Online:2015-12-08 Published:2020-07-30

摘要/Abstract

摘要： 软翼无人机由柔性冲压式翼伞通过绳索悬挂带有动力发生装置的无人车构成。由于软翼无人机自身的特殊结构,使之存在附加质量、柔性结构以及内部相对运动,这给软翼无人机数学建模和自主飞行控制的研究带来很大障碍。基于数学模型的自主飞行控制器设计,可以低成本、高效率地获取无人机自主飞行控制算法。基于自行研制的软翼无人机实体系统,建立了6自由度数学模型,设计了自主飞行控制器和视景仿真系统,实现了对软翼无人机的数值和视景的联合仿真,并通过航迹点飞行仿真验证了自主飞行控制器和视景仿真系统的有效性。

关键词: 软翼无人机, 数学模型, 自主飞行控制, 视景仿真

Abstract: Soft-wing UAV is composed of ram air parafoil hanging powered vehicle with ropes. The special structure of soft-wing UAV makes it possess apparent mass, flexible structure and relative motions, which are the difficulties of modeling and controlling of soft-wing UAV. Autonomous flight controller design method based on mathematical model can low-costly and high-efficiently achieve control algorithms for UAV. Based on the physical parameters of the self-designed soft-wing UAV, a 6 DOF mathematical model was built. A flight controller and visual simulation system was designed. By using the trajectory points simulation, the numerical and visual simulation was synchronously realized which indicated the validation of this flight controller and visual simulation system.

Key words: soft-wing UAV, mathematical model, autonomous flight control, visual simulation

中图分类号:

齐俊桐, 刘金达, 尚红, 杨丽英, 梅森, 韩建达. 自研软翼无人机自主飞行控制与仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(12): 2988-2997.

Qi Juntong, Liu Jinda, Shang Hong, Yang Liying, Mei Sen, Han Jianda. Autonomous Flight Control and Simulation Study of Independent Developed Soft-wing UAV[J]. Journal of System Simulation, 2015, 27(12): 2988-2997.

参考文献

[1] Masahito W, Yoshimasa O.Linear Model of Powered Paraglider and Observer Design[C]// SICE Annual Conference, University of Electro-Communications, Japan. USA: IEEE, 2008: 2135-2141.
[2] 周红新, 陈自力, 陈立平. 神经网络PID的无人动力伞偏航控制研究[J]. 机电一体化, 2010, 16(10): 58-59.
[3] 蔡远利, 冯杰, 郭素芬. 低成本飞行器可视化仿真系统的设计与开发[J]. 系统仿真学报, 2006, 18(9): 332-338.
[4] Ward M, Culpepper S, Costello M.Parametric Study of Powered Parafoil Flight Dynamics[C]// AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, Minneapolis, Minnesota, 2012. USA: AIAA, 2012.
[5] Juntong Q, Dalei S.The ServoHeli-20 Rotorcraft UAV Project[J]. International Journal of Intelligent Systems Technologies and Applications, 2010, 8(2): 57-69.
[6] 滕海山. 无人机翼伞系统研究 [D]. 北京: 北京航空航天大学, 2004.
[7] Mario M.Autonomous Paraglider for Straplex [D]. Porto, Portugal: University of Porto, 2012.
[8] 任志全, 余跃庆, 周军. 水平运动的三自由度欠驱动机器人的位置控制[J]. 机器人, 2010, 32(6): 741-748.
[9] Juntong Q, Dalei S.KF-based Adaptive UKF Algorithm and Its Application for Rotorcraft UAV Actuator Failure Estimation[J]. International Journal of Advanced Robotic Systems: Robot Control(S1729-8806), 2012, 9(132): 1-9.
[10] Juntong Q, Dalei S.The New Evolution for SIA Rotorcraft UAV Project[J]. Journal of Robotics (S1687-9600), , 2010, 2012(0): 1-9.
[11] Gorman C, Slegers N.Comparison and Analysis of Multi-Body Parafoil Models with Varying Degrees of Freedom[C]// AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, Dublin, Ireland, 2011. USA: AIAA, 2011.
[12] 黄华, 徐幼平, 邓志武. 基于FlightGear模拟器的实时可视化飞行仿真系统[J]. 系统仿真学报, 2007, 19(19): 780-785.

[1]	李笑, 李树, 彭伟鸿, 关婷. 基于工质饱和蒸汽压的排尿助力系统建模仿真[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(4): 927-934.
[2]	张扬, 甘庆波, 袁洪, 傅江良, 孙成明. 空间目标天基监视分布式仿真系统设计[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(4): 620-626.
[3]	薛江, 李军锋, 王鹏, 熊山, 冯伟夏. 无人机巡线考评仿真系统设计与实现[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(9): 1852-1859.
[4]	田传艳, 胡军照, 刘继奎, 杨黔龙. 一种低成本的半实物飞行仿真系统[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(6): 1123-1127.
[5]	李星, 傅妍芳, 王亮, 陆承涛. 基于射线检测的动态碰撞优化算法[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(11): 2393-2401.
[6]	柯鹏, 徐成林, 柳松杨, 李鸣皋, 赵鑫. 舰载机起降过程中飞行员响应的视景仿真[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(1): 59-64.
[7]	郭金良, 张阳, 李晓燕, 薛原. 雷达电子战视景仿真参数化建模研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(7): 2576-2582.
[8]	张小平, 李小秋, 吴智. 基于电压电流模式控制的BBMC稳定性研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(5): 1850-1856.
[9]	杨坤, 葛祥雨, 鞠鹏飞, 白杰. 基于视景仿真的飞行员探测跑道入侵的绩效评估[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(5): 1967-1973.
[10]	童思陈, 唐小娅, 张欢. 基于非均匀流浅水效应的船舶操纵建模与仿真[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(3): 866-872.
[11]	李慧, 杨少刚, 刘凤英. GSHP机组数学建模及仿真应用[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(3): 914-921.
[12]	王远明, 卢宽, 贾倩, 胡广清. 基于Unigine的舰载航空视景仿真技术研究[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(9): 2087-2092.
[13]	韩亮, 公璇, 王江云, 杜阳华. 跳伞模拟器人机交互可视化功能研究[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(8): 1747-1752.
[14]	杨文焕, 杨迪瑞, 李荣高. 港区桥吊双PWM交流调速系统间谐波数学模型及仿真分析[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(7): 1596-1604.
[15]	陶桂林, 李维刚. 热连轧液压活套的阀控缸系统建模与仿真[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(4): 840-846.