倾转三旋翼无人飞行器作为一种特殊构型的飞行器, 结合了直升机和固定翼飞行器的优点, 同时具备了直升机和固定翼飞行器的操纵方式, 但在过渡模式中需要对发动机短舱进行控制, 造成操纵冗余问题, 两套操纵方式都不适合单独使用。针对倾转三旋翼无人机过渡模式发动机短舱倾转过程中的飞行器操纵冗余问题, 建立了合适的倾转三旋翼过渡模式动力模型, 提出了一种新的基于模糊控制的倾转控制方法, 通过与传统的倾转旋翼飞行器过渡模式操纵策略对比实验分析发现, 该方法能够较好地解决倾转三旋翼无人机过渡模式中纵向高度控制问题, 使倾转三旋翼无人机能够平稳高效地实现过渡模式飞行。

为了对含多处损伤的悬臂梁结构进行损伤检测定位, 基于模态应变能法, 采用大型有限元软件ABAQUS进行模态分析, 使用其他设备进行模态实验测试, 获得了悬臂梁结构在损伤前后的低阶模态应变能, 并以应变能差值作为损伤指标对其进行损伤识别。仿真和实验结果表明, 利用模态应变能可有效地对含多处损伤的悬臂梁结构进行损伤定位。在方法有效性验证的基础上, 进一步综合分析了实验检测中测点布置、传感器数量、传感器位置以及模态阶数等因素对梁结构损伤检测定位的影响, 研究表明:; 利用前3阶模态即可对含多处损伤的梁结构进行损伤定位, 且测点布置间距与梁宽度相当时定位效果较理想; 此外, 传感器数量对损伤检测定位影响不明显。

提出了一种适用于轻质高强梁结构的损伤识别方法。针对附加质量的频率灵敏度方法在轻质高强梁结构损伤检测中出现的定位干扰问题, 将结构的模态振型与应变能相结合, 提出一种可利用结构应变能排除损伤定位干扰的损伤识别方法,并分别进行了数值仿真和实验验证。结果表明, 该方法兼具了附加质量频率灵敏度法和应变能法在损伤识别中的优点,可以较为精准地识别轻质高强梁结构中的损伤位置和损伤程度。

针对一种三旋翼构型倾转旋翼无人机的建模和悬停控制问题进行研究, 采用牛顿欧拉法建立了这种三旋翼构型倾转旋翼无人机的六自由度非线性动力学模型, 并对模型进行简化。在此基础上, 分别设计了悬停模式下的高度控制器和姿态控制器。高度控制器是在反馈线性化的基础上采用PID控制设计而成, 姿态控制器由基于Backstepping的PID控制器构成。最后, 对所设计的控制器进行仿真实验, 实验结果表明: 所设计的控制器能满足系统的控制性能要求。

针对飞行器长时间飞行时, 低精度陀螺、加速度计和磁强计组成的航姿系统容易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低, 甚至发散的问题, 将载体机动加速度描述为当前统计模型, 将目前常用的6状态无迹卡尔曼滤波扩展为9状态, 其状态变量包括3个修正罗德里格参数、三轴陀螺零偏误差和三轴载体机动加速度, 量测量为三轴加速度计输出和三轴磁强计输出。实验结果表明, 当飞行器长时间机动飞行时, 9状态无迹卡尔曼滤波可以估计载体的机动加速度, 保证姿态测量精度。

针对四元数在飞行器姿态描述时存在冗余的问题，设计了把修正罗德里格参数（MRPs）作为描述姿态的一种全姿态描述方法，将加速度计和磁强计作为观测量，提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SRUKF)的姿态估计算法，针对外界环境对加速度计和磁强计的干扰问题，将专家系统引入SRUKF算法中，根据加速度及磁场信息实时调整滤波器的量测噪声矩阵，有效地提高了算法的抗干扰性。实验结果表明，该算法成功使系统的静态精度姿态角小于0.05°，航向角小于0.1°；动态精度姿态角小于0.5°，航向角小于1°，优化效果得到了明显改善。