垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程控制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903216
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0307.导航、制导与控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The vertical/short take-off and landing aircraft (V/STOL) has both the high-speed cruise capability of fixed-wing aircraft and the vertical take-off and landing and hovering capability of helicopters. In this case, it has tremendous potential in military and civilian fields. This type of aircraft is capable of switching flight modes between vertical take-off and landing, short takeoff and landing, hovering, and level flight. However, when switching the modes, there would be a dramatic change on dynamic characteristics, especially during the transition process between hovering and level flight. Among them, compared to the transition from hovering to level flight, there would be more constraints and more complex dynamic characteristics to be considered in the transition from level flight to hovering. As for two typical types of vertical/short takeoff and landing aircraft, thought thrust vector aircraft and tilt-rotor aircraft have completely different dynamic characteristics, they have various common problems in the transition from level flight to hovering. This project is aimed at characterizing the general dynamics characteristics of V/STOL aircraft and scientific problems in the transition from level flight to hovering, as well as developing a control strategy and a general design approach for control laws applied to V/STOL aircraft in this transition process. Eventually, these research results of the project will contribute to V/STOL aircraft for better flight quality and better capability of handling complex missions in the transition process.
垂直/短距起降飞行器兼具固定翼飞机的高速巡航能力与直升机的垂直起降、悬停能力,在军事及民用领域具有重要的应用前景。该类飞行器具有垂直起降、短距起降、悬停、平飞等多种飞行模式,动力学特性在各种飞行模式之间切换时变化剧烈,尤以平飞与悬停两种模式之间的过渡过程最为复杂。其中,相比悬停转平飞,平飞转悬停过程中需考虑的约束条件更多、动力学特性也更为复杂。作为两种典型布局的垂直/短距起降飞行器,推力矢量飞行器与倾转旋翼飞行器虽具有完全不同的动力学特性,但在平飞转悬停过渡过程中面临较多的共性问题。项目期望通过开展研究摸清垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程中的共性动力学特征与科学问题,通过研究获得一套可应用于典型垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程的控制策略及控制规律通用设计方法。项目成果将对提升垂直/短距起降飞行器过渡过程飞行品质与复杂任务执行能力具有推动作用。

结项摘要

垂直/短距起降飞行器兼具固定翼飞机的高速巡航能力与直升机的垂直起降、悬停能力,在军事及民用领域具有重要的应用前景。该类飞行器的动力学特性在各种飞行模式之间切换时变化剧烈,尤以平飞与悬停两种模式之间的过渡过程最为复杂。其中,相比悬停转平飞,平飞转悬停过程中需考虑的约束条件更多、动力学特性也更为复杂。项目针对典型垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程控制问题开展研究工作,取得的主要成果包括:.(1)建立了典型垂直/短距起降飞行器动力学模型,开展了动力学特性分析。建立了典型垂直/短距起降飞行器精细动力学模型,基于该模型获得了垂直/短距起降飞行器过渡过程飞行走廊,分析了过渡过程中的模态特征、操稳特性及耦合特性变化规律。通过对比分析倾转旋翼布局与推力矢量布局在过渡过程中的异同,建立了面向过渡过程控制设计的垂直/短距起降飞行器统一模型。.(2)设计了典型垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程控制策略。研究了平飞转悬停过渡过程控制策略设计思路,设计了平飞转悬停过渡过程控制策略实时更新与轨迹在线快速优化机制。基于约束条件分析提出平飞转悬停过渡过程飞行轨迹优化目标,结合误差反向传播思想解决多性能指标非线性优化问题,降低了计算复杂性并提高了计算精度。.(3)设计了典型垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程鲁棒控制规律。采用插值调度根据时间和最优轨迹实时生成参考输入,使得过渡过程曲线更加平滑,且过渡过程时间确定,将最优轨迹视为一种特殊的前馈,将最优轨迹中的状态视为反馈控制器的参考输入。在反馈控制器设计方面,采用级联系统反步设计思路,并通过角加速度估计进一步加强系统鲁棒性。.本项目研究成果可为解决典型垂直/短距起降飞行器平飞转悬停过渡过程控制设计问题提供理论支撑和设计方法,相关成果也可推广应用至其他具有类似特性的变构型飞行器控制系统设计。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Robust autonomous landing of UAVs in non-cooperative environments based on comprehensive terrain understanding
基于全面地形理解的非合作环境下无人机鲁棒自主着陆
  • DOI:
    10.1007/s11432-021-3429-1
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA Information Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lyujie Chen;Yao Xiao;Xiaming Yuan;Yiding Zhang;Jihong Zhu
  • 通讯作者:
    Jihong Zhu
Dynamic Transition Corridors and Control Strategy of a Rotor-Blown-Wing Tail-Sitter
旋翼吹翼尾翼的动态过渡走廊与控制策略
  • DOI:
    10.2514/1.g005464
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    JOURNAL OF GUIDANCE CONTROL AND DYNAMICS
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Yunjie Yang;Jihong Zhu;Xiangyang Wang;Xiaming Yuan;Xiaojun Zhang
  • 通讯作者:
    Xiaojun Zhang
Robust transition trajectory optimization for tail-sitter UAVs considering uncertainties
考虑不确定性的尾座无人机鲁棒过渡轨迹优化
  • DOI:
    10.1007/s11432-020-3257-x
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA Information Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yunjie Yang;Xiangyang Wang;Jihong Zhu;Xiaming Yuan
  • 通讯作者:
    Xiaming Yuan

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其他文献

基于单步最优方法的推力矢量垂直短距飞机过渡过程控制
  • DOI:
    10.13195/j.kzyjc.2018.0961
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程志强;袁夏明;王向阳;朱纪洪
  • 通讯作者:
    朱纪洪
推力矢量垂直短距飞机轨迹优化与控制
  • DOI:
    10.7641/cta.2019.80515
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    控制理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程志强;朱纪洪;袁夏明;王向阳
  • 通讯作者:
    王向阳
一种固定时间收敛模型参考终端滑模控制方法
  • DOI:
    10.16383/j.aas.c190273
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张骁骏;袁夏明;王向阳;朱纪洪;李春文
  • 通讯作者:
    李春文
一种共轴式直升机操纵机构的运动学建模与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁夏明;朱纪洪
  • 通讯作者:
    朱纪洪
考虑作动器动态补偿的飞机增量滤波非线性控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    控制理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周池军;朱纪洪;袁夏明;雷虎民
  • 通讯作者:
    雷虎民

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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