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[博士论文] 刘斌
导航、制导与控制 山东大学 2017(学位年度)
摘要:作为腿足式机器人的典型代表,四足机器人稳定运动控制和非结构环境的适应性被人们广泛研究,并取得了很多杰出的研究成果。但是,在强非结构环境中,对四足机器人的跌倒、或从高处跌落等非常规极端运动方面的研究却相对较少。为了更好的提高机器人在强非结构环境的适应性,本论文对四足机器人的高处跌落过程进行研究,重点研究了机器人落地过程中腿足与地面接触过程中的缓冲控制。
  四足机器人跌落过程中,其足端会与地面发生极为激烈的交互作用,这一交互作用会对机器人足、躯干和各关节产生极大的冲击力或力矩,从而影响机器人运动的稳定性,甚至损坏机器人的机械结构、控制或传感元件。此外,机器人与地面的交互过程持续时间极为短暂,但状态变化极为剧烈,难以精确刻画和控制,极大地增加了机器人稳定控制的难度,从而降低了机器人在野外环境中的适应性和生存能力。
  为了提高四足机器人跌落过程中的柔顺性和稳定性,本文对四足机器人的跌落过程进行研究,并针对这一过程提出四足机器人的落地缓冲策略,分别研究了基于阻抗控制、PDSMC(Proportion Differential Sliding Model Control)控制和变刚度控制对机器人落地缓冲的控制,实现了机器人落地缓冲控制过程中的分阶段控制方法。利用本文提出的方法可允许机器人从一定高度跌落,并实现落地过程中的稳定性和柔顺性。具体研究内容如下:
  1.首先分析了四足机器人的两种腿关节配置方式,建立了基于3自由度旋转关节的四足机器人单腿模型,基于该模型推导了运动学、动力学方程,为后续机器人的运动控制打下相应的理论基础。
  2.首次将PDSMC控制方法引入到腿足式机器人的运动控制中。分析并比较了阻抗控制和PDSMC控制方法对四足机器人单腿落地的缓冲控制。通过对四足机器人单腿模型加随机扰动的方式,基于建立的四足机器人单腿动力学模型,分析并验证了PDSMC具有比阻抗控制更好的抗扰动能力和鲁棒性。然后,将PDSMC控制方法应用到机器人腿部的缓冲策略中,分别利用Webots动力学仿真软件和实际单腿物理平台验证的方式,实现了机器人单腿落地过程的缓冲控制。
  3.针对四足机器人的落地过程,分别基于关节空间和笛卡尔空间研究了四足机器人整体落地的缓冲过程,利用阻抗控制和PDSMC控制,实现了机器人的平稳落地。与阻抗控制相比,计算机仿真结果表明PDSMC控制方式展示出较好的性能,足地的交互更为柔顺,弹跳较小。
  4.提出了基于变刚度控制的四足机器人缓冲控制策略。本章对前述控制方法作出进一步改进,使用变刚度控制替代PDSMC,对基于关节空间柔顺控制的四足机器人落地缓冲策略进行研究。该策略将机器人的整个落地过程分为多个阶段,针对每个阶段的特点和要求对机器人的关节施加不同的刚度和阻尼,实现了四足机器人的柔顺落地缓冲控制。
  5.针对基于关节空间无法整体控制机器人躯干位姿的局限性,研究了基于笛卡尔空间的主动变刚度控制方式。该控制方式直接在笛卡尔空间中规划机器人的躯干位姿,并通过虚拟模型控制,将躯干质心处需要的控制量映射到关节空间中,从而驱动机器人运动。基于笛卡尔空间的变刚度控制方式不仅可以实现机器人自由落地过程中的缓冲,还可以实现躯干具有侧向速度时的落地缓冲。软件仿真和小型四足机器人物理平台试验结果表明,该控制策略可保证四足机器人落地过程的平稳性和柔顺性。
[硕士论文] 刘然
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的快速发展,无人机在军民领域都得到了广泛的应用,但是空域飞行活动量的增加接踵而至,事故机率也随之增大。这不仅会造成经济损失,甚至在战争中对最终战果产生严重影响。要保证无人机在执行各种任务时能够安全可靠,就离不开导航系统的协助。地形规避导航系统则是其中一种,它的主要包括了地形匹配算法和地形规避算法,地形匹配算法是无人机定位的核心,它能够提供高效和精确的定位信息;地形规避算法对无人机提供特殊地形、威胁区、禁飞区的有效避让路径,从而保证无人机的安全飞行。
  本研究主要内容包括:⑴为了准确对无人机定位,需要导航系统的帮助,但由于GPS技术的所属限制,以及惯性导航系统误差积累的问题,需要地形辅助导航系统来协助完成定位,而地形辅助导航系统的核心是可靠的地形匹配算法,所以对TERCOM和SITAN两种经典的地形匹配算法进行了研究,将两种算法组合使用,保证了在初始位置误差较大情况下能够准确完成地形匹配。⑵假设已知了离线参考航线,通过地形匹配算法完成了无人机定位后,还需要提供地形规避路径信息给无人机。但仅有离线参考航线仍不足以保证无人机安全飞行,还需有实时的规避路径。所以本文研究了一种基于树形结构搜索的地形规避算法,对该算法改进以适用于无人机的长航程任务,并且提高了算法的计算效率和可靠性。⑶在处理离线地图信息时,考虑到预先收集的地理环境信息可能不完整,会导致无人机在飞行过程中面临未收集到的突然威胁。如果对这种突然威胁仅通过实时航迹规划的方法来避让,在时间上可能会来不及处理。所以在基于树形搜索地形规避算法上进行改进以应对突然威胁,最终保证了无人机遇到突然威胁时能快速计算出规避路线。⑷基于EV-GLOBE三维视景系统平台,利用EV-GLOBE提供的大量地理信息,在软件上实现了数字化地图、地形匹配、设置禁飞区、地形规避和航迹显示等功能。
[硕士论文] 郭波
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:CPU板作为飞控计算机的核心,可以完成任务调度、余度管理以及控制律计算等任务,对飞控系统的可靠性和稳定性有着重要的影响。飞控软件以CPU板为载体,其测试验证过程密切依赖于CPU板硬件。并且CPU板硬件本身的设计论证过程相当复杂需要反复迭代,所以飞控软件的测试验证工作在硬件交付之前基本无法展开,以及当硬件出现问题时无法继续进行。
  本文在前人研究的基础上,使用虚拟化技术基于QEMU虚拟平台对课题需求的无人机CPU板进行了全数字虚拟化建模,并进行了功能和性能测试以验证该虚拟CPU板是否能够用于飞控软件的测试。
  本文主要研究工作如下:
  首先,基于该无人机CPU板的整体结构以及在飞控系统中的重要作用,分析了 CPU板的功能和性能需求。依据各主流虚拟平台的优缺点,选择 QEMU作为CPU板的虚拟化建模平台。在前人对于SPARC虚拟飞控计算机管理系统研究成果的基础上,为适应当前课题需要,对该设计进行改进和完善,完成对POWER PC类型处理器架构和多余度结构的支持,从而完成CPU板虚拟化建模的整体方案的设计。
  其次,根据需求分析以及方案设计,提出设计难点并进行相应的研究。由于背板数据总线的时间触发特性,本文着眼于其功能,使用多媒体定时器对背板数据总线进行了虚拟化,避免虚拟化总线的严格时序带来性能损失。为了满足对飞控软件进行调试的功能需求,基于断点匹配算法实现了虚拟机的硬件程序断点功能,解决了虚拟CPU板无法与飞控软件集成开发环境Lambda PRO进行联合调试的问题。
  最后,依据该无人机CPU板硬件手册,使用eclipse集成开发环境结合mingw工具,基于C语言完成了CPU板的虚拟化建模和测试验证。依照具体设备的硬件功能逻辑,完成了CPU板的中断控制器、串口、定时器、离散接口、看门狗以及各存储器设备模块的虚拟化建模。针对特定设备,编写了相应的测试用例完成了该设备模块的测试验证。移植vxworks操作系统对CPU板进行整体的功能测试,结合使用C++builder开发的指令统计小工具对CPU板进行速度性能的测试。依靠简易的IO板卡模型,配置三余度CPU板,结合Lambda集成开发环境对联合调试机制及三余度CPU板进行测试,验证是否符合之前提出的需求。
  经过单模块测试以及整体功能和性能测试,CPU板模型能够满足各项功能和性能需求,可以用来帮助提前进行飞控软件的测试。
[博士论文] 王国芳
导航、制导与控制 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技不断发展进步,无人机的应用范围逐渐扩大,这无形中对其智能化提出了更高的要求。未来的无人机应该通过与环境交互自主完成障碍躲避、路径规划等常规任务,而不是仅仅依赖于手动编写的程序。强化学习算法是实现自主化的一条可行技术路线,并已被用于游戏及其它一些人工较难掌控任务的学习中,然而,其在训练时较大的在线运算压力及较长的交互过程阻碍了它更为广泛的应用,特别是在无人机领域。
  针对此种情形,本文以强化学习算法及其在无人机路径规划中的应用为主要研究内容,尝试在强化学习开始前赋予智能体特定的专家知识来提高学习算法的实用性。研究主要从以下两方面展开:一是结合专家对任务的了解,通过引入批量递归最小二乘或构造特殊基函数来降低对称任务中学习的运算复杂度;二是从迁移的角度出发,重点研究在新任务强化学习中复用源任务示教轨迹所含专家知识的方法,并进一步探索了示教知识迁移辅助的强化学习在无人机路径规划中的应用。
  本文的主要研究工作和贡献归纳如下:
  1、系统综述了强化学习算法及其应用现状,着重介绍了引入专家知识以弥补其白板学习盲目性的研究,特别是与迁移算法相结合的部分;总结了迁移在强化学习中应用的难点,并提出从简单源任务的示教轨迹中挖掘并迁移知识到新任务中加速强化学习的框架。
  2、针对在Actor-Critic结构强化学习算法中智能体用最小二乘法估计自然梯度的运算量是估计普通梯度数倍的问题,本文提出利用批量递归的思想来有效降低智能体在线运算压力。强化学习过程中,智能体可以在交互数据达到专家设定的数量之后再用递归最小二乘法估计自然梯度,从而明显减少了梯度估计次数;与此同时,由于每次梯度估计更为准确,智能体可以适当增大策略参数更新步长以保证算法收敛速度不受明显影响。总之,批量递归使得智能体能够在可接受的在线运算压力下灵活处理交互数据。
  3、针对状态动作空间存在对称性的任务,本文提出一种能够近似对称状态值函数及策略的特殊基函数。专家在构造基函数时,同时考虑中心点及其对称位置信息从而使基函数的值在对称位置自然相等,进而使得状态值函数在对称状态也相等。然而,由于特殊基函数数量与常规基函数相比较少,强化学习速度明显加快且运算压力显著降低。
  4、由于源任务示教轨迹数量有限且单个轨迹所含数据较多,用机器学习分类较难,本文提出结合动态运动基元与卷积神经网络进行分类的方法。算法首先将示教轨迹视作独立的多维时间序列并用不同动态运动基元的参数依次作为各个维度的表征;之后,用改造的卷积神经网络发掘基元参数序列的结构变化信息进行分类;最后,综合各维度分类情况以确定轨迹类别。
  5、针对专家较易示教简单任务而强化学习适于解决较难问题的情况,本文提出多种在较难任务强化学习中复用与之相关源任务示教轨迹所含专家知识的方法。本文尝试从多个角度挖掘示教轨迹所含专家知识,并经由智能体空间或任务间关系映射迁移到新任务中,通过引导学习的探索过程、鼓励访问某些状态或直接作为选择动作的初始策略等方式加快新任务的学习速度。
  6、为在无人机路径规划中应用强化学习,本文提出用重构的示教轨迹来引导智能体探索的方法。专家首先示教多个参数已知的任务从而赋予智能体多种避障技能;当遇到相似情形时,智能体可通过任务间的构造关系泛化出新的避障轨迹;最后,依照推荐轨迹次序构造出势函数并用Q学习训练得到较好策略。算法减少了智能体学习失败的次数,验证了强化学习在无人机领域应用的可行性。
[硕士论文] 李博文
导航、制导与控制 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:现代战争中,导弹技术不断发展,促使空中的作战环境变得更加复杂。智能化机动目标的出现,使得导弹的拦截制导问题正在面临着严峻的挑战。为了提高拦截机动目标的概率,有必要研究一种新的导引策略。本文以机动目标的拦截问题为研究背景,结合博弈理论中的动态博弈和矩阵对策,提出了一种基于博弈理论的导弹拦截制导策略的新方法。
  首先,建立了拦截弹与目标的数学模型。分别为一对一拦截与多对一拦截两种情况。根据导弹末制导过程的弹目相对运动关系,分别推导出弹目运动方程,并将其转换成非线性状态空间表达式。在本文中,研究该非线性状态空间表达式时不需要将其线性化,因此更加符合导弹飞行末端的物理意义。
  其次,建立了拦截弹末制导的博弈模型。同样为一对一拦截与多对一拦截两种情况。运用博弈理论中的动态博弈与矩阵对策相结合的方法,将拦截弹末制导过程转化为博弈论中的二人竞争博弈模型。选取目标规避策略中有限种机动形式的线性组合作为策略集,再通过选取末制导过程中适当的收益函数,建立了拦截弹末制导的动态博弈模型。
  再次,研究了基于博弈论的一对一拦截问题的制导律。以一对一拦截为背景,运用模型预测算法和粒子群优化算法,求取了此动态博弈模型的纳什均衡解。通过求取的纳什均衡解,得出了分段的切换策略形式的拦截制导律。仿真验证了基于此方法得出的拦截制导律的有效性。
  最后,研究了基于博弈论的多对一拦截问题的协同制导律。以多对一拦截为背景,运用模型预测算法,求取了此博弈模型的纳什均衡解,并得到了适用于多对一拦截问题的协同制导策略。仿真结果验证了该制导律的有效性。
[硕士论文] 徐凯
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:民用及军事领域对高速宽带通信的需求越来越大,目前传统单链路数字通信系统的速率受限于 FPGA的最高速率,并行处理技术作为数字信号处理走向高速的必要途径,在实现高速通信解调过程中显得愈发重要,其中载波恢复是实现高速通信解调的核心问题之一。本论文主要从并行处理技术出发,采用时域并行架构,重点对QAM解调并行架构载波恢复模块进行设计与实现。
  本研究主要内容包括:⑴以无线通信的点对点传输应用为背景,开展了对16QAM解调载波恢复技术的相关研究。采用具有捕获精度高、节约频谱资源、盲接收等特点的反馈型结构。结合极性判决算法具有捕获速度快和面向判决估计(DD)算法收敛精度高的优点,采用时间自动转换法,实现极性判决算法完成捕获,DD算法实现跟踪的组合鉴相方式。⑵采用单路高速ADC和时域并行处理结构,开展了时域并行载波恢复关键模块的算法分析,完成方案设计。重点分析了并行NCO模块、匹配滤波器模块的结构及相关算法。采用4路并行结构完成100Mbps码率16QAM信号的载波恢复设计,针对通信系统中成型滤波和匹配滤波的设计,采用根升余弦滚降滤波器,分析了其抗符号间干扰效果。⑶结合simulink& system generator仿真工具,完成并行载波恢复的定点数仿真。设计了码率为100Mbps的16QAM调制信号,进行了并行载波恢复的仿真设计,并确定了各模块的相关参数,实现了并行载波恢复的仿真验证。⑷完成了并行载波恢复的硬件实现和调测验证、分析。采用 Xilinx公司的Artix-7系列FPGA,完成硬件逻辑的Verilog代码编写。结合Modelsim完成逻辑电路的硬件仿真,并完成了信号的定时同步,为 DD算法提供同步时钟。根据板级时序要求,对 FPGA进行了时序分析和设计。搭建实验平台,调测并行载波恢复设计的实验结果,测试结果得到的整体频偏捕获范围为-2.59MHz~2.62MHz,相偏捕获范围为-pi/6~pi/6,捕获带宽f P?5.21 MHz,同步带宽f H?6.39 MHz,完全满足设计要求。
[硕士论文] 杨国松
导航制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:四旋翼飞行器具有垂直起降能力,能低速飞行和定点悬停,具备复杂条件下的作业能力,且结构简单,维护方便,可靠性高。所以,电动四旋翼方案自从2006年获得成功以来,就一直发展迅猛。近年来,四旋翼单机飞行自动控制技术日臻成熟,研究四旋翼自动降落、多机编队返航等课题,对于提高四旋翼飞行器的可用性、可靠性都有重要的意义。
  本研究主要内容包括:⑴建立四旋翼本体模型和返航进场降落过程约束。建立了四旋翼模型,研究了其动力学特性,并根据四旋翼返航进场降落的实际情况,建立了对应模型,得到了四旋翼返航降落的各项约束条件和基本要求,对四旋翼返航进场降落控制律设计具有指导意义。⑵单四旋翼对静止平台的降落。单四旋翼静平台降落是四旋翼降落中最普遍的一种情况,通过航点预设建立返航航线,利用卫星导航系统、气压高度计的导航输出,结合自动进场、降落控制律,最终完成了单四旋翼对静止平台的降落。⑶单四旋翼对运动平台的降落。针对舰载四旋翼的动平台降落问题,通过建立平台----四旋翼通信系统,实时传输运动信息,克服了四旋翼载荷小、信息感知能力有限的特点,结合动平台接近跟随控制律,解决了四旋翼动平台降落问题。⑷多四旋翼编队返航进场与静平台的降落问题。无人机编队、协同与集群是一个重要课题和发展趋势,四旋翼编队在植保、区域实时监视等领域的应用初见端倪,针对编队返航降落问题,本文解决了四旋翼编队中的通信、控制问题,基于分布式主从控制结构,针对四旋翼返航,给出了一套稀疏编队返航进场解决方案。
[硕士论文] 程思源
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着航天技术的发展,深空探测已经成为国际上的研究热点,深空探测的水平和航天活动也成为国家综合力的标志,火星探测更是深空探测的热点。在深空探测任务时,轨道外推始终贯穿于轨道优化改进和精密定轨整个过程中,轨道外推精度直接影响着轨道优化过程和轨道定轨精度。因此提高轨道外推精度对火星探测器准确到达火星有着重大的意义。
  本研究首先介绍了涉及火星探测任务的时间系统、坐标系系统和相关天体的星历历表,描述了探测器运动状态的经典轨道根数知识;然后分别分析了影响探测器轨道外推精度的绕地段、绕日段和绕火段的摄动力模型。其次,根据二体问题和兰伯特问题设计了火星探测器直接转移轨道,结合圆锥曲线拼接法设计了地球发射轨道,根据力学知识和开普勒定律设计了环火椭圆轨道,并通过STK软件仿真得到火星探测器轨道和位置信息,为接下来的轨道外推实验提供了仿真数据和环境。最后采用数值积分法和几何法两个方面进行轨道外推。在数值积分法轨道外推方面,鉴于数值积分法中的变步长算法不但能够提高轨道外推精度,还能减少计算量、提高计算效率的优点,提出了一种新的控制变步长算法----利用探测器飞行弧段与中心天体质心构成的面积控制步长,且该算法均适用于圆形轨道和椭圆轨道。在几何法轨道外推方面,分析了影响外推精度的因素,在研究了拟合阶数和拟合点个数对外推精度和拟合精度的规律后,针对目前几何法中普遍存在轨道外推精度受拟合阶数和拟合点个数的影响而导致外推误差非常大这样一个问题,对现有的切比雪夫多项式拟合法进行改进——两次迭代切比雪夫多项式。在数值积分法方面,仿真表明,提出的变步长算法不但提高了外推精度,而且还特别适用于深空探测和长达一个月的轨道外推;几何法方面,改进后的切比雪夫算法有效降低了拟合阶数和拟合点个数对外推精度的影响,提高了轨道外推精度,适用于无法建立精确摄动力模型和15分钟内的轨道外推。
[硕士论文] 赵洋
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代电子信息技术的快速发展,信号高速采样的应用越来越广泛。例如在宽带测试系统、雷达、遥测遥感、图像处理、宽带模拟IC等方面都需要用到高速数据采集系统。但根据奈奎斯特原理,要想完全无损地重建信号,采样频率至少是信号频率的两倍以上。实际上,在高速信号领域,单片的ADC并没有达到如此高的采样率。于是在20世纪80年代,一些研究学者提出的时间交织采样结构有效地解决了这个问题,多通道并行采样系统就是采用多片低速ADC形成的时间交织结构对信号进行采样,并在后端进行组合,从而实现了对信号的高速采样。实际的TIADC(Time-interleaved Analog-to-digital Converter)系统由于各个通道间的失配误差(偏置误差、增益误差、时间误差)的存在,使得采样后的信号形成了非均匀采样波形,并引入了杂乱频谱。因此要想完全重建信号,首先要对信号之间的失配误差进行估计,然后对这些误差进行有效地校准。
  本研究主要内容包括:⑴对失配误差的估计进行了改进。经典的正弦拟合法在进行误差估计的时候,大多需要事先知道信号的频率。而在大多数应用中,信号的频率是无法准确得知的。因此,本文对失配误差的估计进行了“两步分解”。首先,采用基于相位差的快速傅里叶变换对信号的频率进行了精确的估计,再采用经典的正弦拟合法对信号进行失配误差的估计。将这两种算法结合,这样就可以在无需知道信号频率的情况下,也可以对信号进行精准的失配误差估计。⑵对时基误差的校准采用了三次样条插值法,并且根据采样后信号形成的周期特性,对运算进行了简化。在采样只存在时基误差的情况,对三次样条插值法进行信号重建做了详细的阐述说明,利用形成的周期非均匀采样的周期性对三次样条插值法进行了改进,降低了运算的复杂度。对分数延迟滤波器进行信号重建做了理论推导,并对比三次样条插值法和分数延迟滤波器法。⑶采取matlab仿真验证。仿真结果表明,使用两种算法结合,对于通道失配误差的估计是可行的,并且误差估计精度较高。而在信号重建方面,改进后的三次样条插值法在无杂散动态范围和信噪比等关键指标方面得到明显提升。
[硕士论文] 李海涛
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来关于对临近空间目标发现、识别和探测技术的研究越来越受到各国的重视。本文介绍了几种常规目标定位算法并分析了它们之间的性能。以典型临近空间目标X-51A为例,分析其各个波段的雷达反射截面以及多普勒频移大小,建立基于地基分布式组网探测的临近空间目标定位方法,采用改进的ESPRIT算法和ESPRIT导向矢量互相关算法完成对临近空间目标定位。
  本研究主要内容包括:⑴提出了一种改进ESPRIT算法用于临近空间目标定位。为了更加充分的利用数据信息,提高定位精度,对各个地基分站接收到的原始数据进行重构“升维”,而为了消除数据重构带来的计算量增加的影响,采取对后期矩阵束左乘和右乘一个没有任何信息的“降维”矩阵的策略。仿真实现基于改进ESPRIT算法对临近空间目标定位。⑵提出了一种改进ESPRIT导向矢量互相关算法用于临近空间目标定位。改进导向矢量互相关算法先期采用矩阵重构的方式,直接分离出目标相对于两个分站的角度信息,估算出其中的一个,另一个角度信息用前一个代数表达式求出,即避免了构造的匹配算法代入的误差,降低了构造矩阵带来的计算量的增加问题。仿真实现了基于改进ESPRIT导向矢量互相关算法对临近空间目标定位。⑶分析基于改进ESPRIT算法和改进ESPRIT导向矢量互相关算法对临近空间目标定位误差的影响,分别从目标距离、信噪比、阵元数和布阵半径方面分析其对目标定位误差的影响。对改进ESPRIT算法和改进ESPRIT导向矢量互相关算法与其两种常规算法的定位误差进行分析对比,得出两种改进算法都降低了定位误差。在其它条件相同的情况下,分别从五组不同的布阵形式分析了临近空间目标定位误差的差异,给出了减少定位误差布阵形式的优化建议。
[硕士论文] 王强
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:相较于单个智能体(飞机、导弹、机器人等)工作,多智能体协同工作体现出巨大的性能和可靠性优势。为此,近十几年来,多运动体协同控制技术成为控制、机器人和通信交叉领域的研究热点。四旋翼飞行器是一种简单可靠的飞行平台和控制技术验证平台,构建多架四旋翼飞行器协同飞行平台具有重要的工程应用和科学研究意义。考虑到高度协同控制是一种最基本的协同模式,本文选取四旋翼飞行器高度协同控制问题作为研究课题,内容涉及硬件选型,算法设计,仿真和实验验证等方面。
  本研究主要内容包括:⑴对四旋翼飞行器非线性模型进行分析,提取出高度动态模型;基于该模型,设计高度同步算法和高度编队算法。此外,证明了设计算法收敛性条件;并采用MATLAB软件搭建模型,验证了相关的协同算法。⑵搭建多个四旋翼飞行器高度协同算法实验平台。主要内容涵盖传感器的选型、单机四旋翼飞行器的搭建、机间通信网络的构建。最终,进行了测试实验,保证软硬件平台满足协同算法的验证需求。⑶对四旋翼飞行器高度传感器的融合算法进行了研究,提高了高度信息的准确度。对高度传感器的特性进行了分析,然后对相关高度传感器进行了校准,对原始高度测量数据进行了预处理,设计了多传感器互补滤波器融合算法,并进行了对比测试。同时,通过闭环控制实验,对算法的实际效果进行了评估。⑷根据搭建的实验平台对设计的协同算法进行实验验证,分析了实验结果,总结了相关问题。验证内容包括高度无领航者高度同步算法、有领航者高度同步算法和高度编队算法。
[硕士论文] 杨宗武
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:宽带通信信号分析仪是对宽带无线通信信号在多域进行观察、检测和分析的重要工具,它在电子通信设备的研发、生产、安装以及维护过程中发挥着非常重要的作用。而宽带通信信号分析软件作为宽带通信信号分析仪不可或缺的重要组成部分具有非常重要的研究意义和研究价值。本文基于AP-SoC平台对宽带通信信号分析核心软件进行了全新的研究与设计,最终实现了在基于AP-SoC的掌上平台上对宽带通信信号在多域进行观察与分析。
  本文首先对整个系统的总体方案从软件和硬件两个角度做了说明,另外,在此基础上对基于AP-SoC的宽带通信信号分析核心软件的系统软件和应用软件进行了详细的需求分析,并且对应用软件从静态和动态两个角度用UML建模语言做了用例图和顺序图的建模。然后,根据需求分析和软件建模分别对核心软件的系统软件和应用软件进行详细实现。系统软件包括 BootLoad的移植、Linux内核深度裁剪与移植以及相关接口和IP核的驱动程序设计,应用软件包括基带数据接口层、系统初始化模块、系统自检模块、线程管理模块、基带信号数据采集模块、信号频谱分析模块、信号矢量分析模块、数据帧模块以及网络层的设计与实现。对于应用软件,为了提高开发效率,在设计的时候本文以软件设计思想为指导,采用了分层模块化的设计方法,设计了一种灵活的可扩展的软件架构,基本实现了应用软件的模块化。最后,在完成编码实现后对宽带通信信号分析核心软件进行了功能测试和性能方面的测试,来验证核心软件是否达到需求分析中提出的要求。经过相关的测试表明,基于AP-SoC的宽带通信信号分析核心软件能够完整地接收常见的宽带通信信号,能够正确地对其进行频谱分析和矢量分析,并且能够正确地将分析结果发送到远程界面显示软件,基本满足了研究初期软件需求提出的要求。
[硕士论文] 管飞云
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:本研究旨在设计实现一对DC6KHz~20GHz频率范围内信号进行下变频处理,最终得到中频频率160MHz满足指标要求的小型化、高集成的微波实时频谱分析仪射频前端接收机模块。通过比较现在可用的多种接收机方案在不同用途时性能优劣,结合本接收机的用途和指标,确定了前置预选滤波器的三级超外差下变频系统方案,并对方案中的各个部件进行指标分配;本接收机要求工作频率范围为DC~20GHz,直接对这么宽频带范围的信号进行下变频处理有如下问题:不可能滤除某一部分信号的镜频干扰和谐波干扰;要求本地振荡器的输出频率范围很宽,实现成本巨大。所以综合考虑镜像抑制,混频器的本振泄漏和射频泄漏,本振输出频率范围,杂散等问题后对频段进行了划分,最终将整个频率范围划分为13个小的频段,再结合混频器的MN谐波抑制表和本接收机系统指标,综合出预选滤波器的指标;其次,结合混频器本振泄漏的产生根源,从理论分析论证了通过正交调制的方法可以实现对混频器本振泄漏的抑制,并最终通过实物测试进行了验证;再者,本文所设计模块要求小型化、高集成和便于携带,所以分别设计了中心频率4560MHz和2560MHz带宽100MHz,高边带抑制的两个微带中频滤波器,此滤波器直接印制在PCB板上,和PCB板加工一次成型,避免了如腔体滤波器复杂的调试过程和苛刻的安装要求。在完成了各个关键部件的基础上,对一些关键元器件选型、建模、仿真,最后搭建整机系统原理图,将前些章节完成的各种模块进行集成,给出仿真优化后的版图和最终的加工实物,通过测试分析相关指标,在一定误差范围内满足了系统预期指标要求,完成了本设计。
[硕士论文] 秦睿
导航、制导与控制 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:利用外骨骼机器人提升单兵能力的方法自上世纪60年代起便有学者开始研究,50余年来已有颇丰的研究成果。水下外骨骼机器人定义为一种用于执行水下作业的可穿戴机械装置,将外骨骼机器人应用于水下以提升蛙人运动能力的方法在国内外还鲜有研究。
  本研究采用D-H参数法和坐标系变换的基本原理建立了水下外骨骼机器人及其简化结构的坐标系描述,并推导了机器人所有连杆的D-H参数及两任意相邻坐标系的变换矩阵。为保证潜水员佩戴外骨骼机器人后具有良好的人机协调性,研究了人体标准自由泳运动姿态并获取了髋关节和膝关节的理想运动曲线,并以此作为水下外骨骼机器人的运动目标曲线。基于算法计算效率的角度阐述了使用牛顿-欧拉动力学迭代算法应用于水下外骨骼机器人的优势。依据机器人几何模型对腿部惯性张量进行了计算,依据牛顿-欧拉算法的外推迭代过程完成了对从机器人运动姿态到大腿、小腿连杆质心惯性力和惯性力矩转换的推导。着重考虑了机器人在水下的受力问题,对沿腿方向的压力分布形式进行了假设,并使用力等效法将打水的分布压力等效为加载到连杆末端的集中力和等效力矩。根据机器人运动姿态对脚蹼打水产生的动力进行了求解,并依据牛顿-欧拉算法的内推迭代过程计算出髋关节和膝关节所需的关节扭矩、功率及液压驱动力。基于所建立的动力学模型对机器人大腿小腿杆长对其动力学性能的影响进行了讨论,同时也探讨了为达到不同的水下前行速度机器人所需要的动力学参数的问题。利用Fluent动网格技术,对机器人腿部进行运动过程中液体压力分布的求解,结果表明沿腿方向的动压力分布符合动力学建模过程中对水流阻力分布的假设。利用多体动力学软件Adams对水下机器人动力学逆问题进行仿真,将动力学建模中关节角度函数作为输入,考虑等效的流体阻力对机器人的影响,获得关节扭矩仿真解。对比仿真结果与动力学模型计算结果,两者具有较高的拟合度。
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