在本研究中,将深度确定性策略梯度 (DDPG) 算法(该算法由人工神经网络和强化学习组成)应用于垂直起飞和着陆 (VTOL) 系统模型以控制俯仰角。之所以选择该算法,是因为传统控制算法(例如比例-积分-微分 (PID) 控制器)无法始终生成合适的控制信号来消除干扰和不必要的环境对所考虑系统的影响。为了控制该系统,在 Simulink 环境中对 VTOL 系统数学模型中的正弦参考进行训练,通过深度强化学习方法中具有连续动作空间的 DDPG 算法,该算法可以产生控制动作值,这些动作值采用能够根据确定的奖励函数最大化奖励的结构,以实现控制目的和人工神经网络的泛化能力。对于正弦参考和恒定参考,将俯仰角(指定 VTOL 系统的输出)的跟踪误差性能与传统 PID 控制器在均方误差、积分平方误差、积分绝对误差、百分比超调和稳定时间方面的性能进行了比较。通过模拟研究给出了得到的结果。
2.1 研究动机 ................................................................................................................................................ 11 2.2 最新技术 ................................................................................................................................................ 12 2.3 本研究贡献 ................................................................................................................................................ 13 2.3.1 使用现代工具对四轴飞行器进行动态建模 ............................................................................................. 13 2.3.2 四轴飞行器的系统控制 ............................................................................................................................. 14 2.3.3 触觉系统控制 ................................................................................................................................ 14 2.4 直升机 VS 其他飞行原理 ............................................................................................................................. 14 2.4.1 短距 VTOL 配置比较 ............................................................................................................................. 15 2.4.2 未来无人机的 VTOL 配置 ............................................................................................................. 16 2.4.2.1 同轴配置 ................................................................................................................................ 16 2.4.2.2 四轴飞行器配置........................................................................................................... 17 2.5 什么是触觉技术? ...................................................................................................................................... 17 2.5.1 触觉系统控制的相关研究 ........................................................................................................ 18 2.5.2 触觉控制器 ................................................................................................................................ 19 2.5.3 触觉控制器的应用 ...................................................................................................................... 20 2.6 结论 ...................................................................................................................................................... 22
参考:新加坡EVTOL研究与创新中心主任James Wang教授。介绍了“这十年来我们对电动VTOL飞机的期望”,ICAO全球关于航空创新的实施的研讨会,2020年。
摘要:随着垂直起降无人机(VTOL UAV)的日益普及,一个新的问题出现了:飞行员训练。大多数传统的飞行员训练模拟器都是为全尺寸飞机设计的,而大多数无人机模拟器仅专注于概念测试和设计验证。X-Plane飞行模拟器进行了扩展,包括复杂的风动力学、地面效应和准确的实时天气等新功能。商用HIL飞行控制器与VTOL垂直起降飞机无人机模型相结合,以提供逼真的飞行控制。在模拟中测试了一个真实的飞行案例场景,以显示包含精确的风模型的重要性。结果是一个完整的模拟环境,已成功部署用于FuVeX制造的Marvin飞机的飞行员训练。
摘要:随着垂直起降无人机 (VTOL UAV) 的日益普及,出现了一个新问题:飞行员培训。大多数传统的飞行员训练模拟器都是为全尺寸飞机设计的,而大多数无人机模拟器仅专注于概念测试和设计验证。X-Plane 飞行模拟器进行了扩展,包括复杂的风动力学、地面效应和准确的实时天气等新功能。商用 HIL 飞行控制器与 VTOL 垂直起降飞机无人机模型相结合,以提供逼真的飞行控制。在模拟中测试了一个真实的飞行案例场景,以显示包含精确的风模型的重要性。结果是一个完整的模拟环境,已成功部署用于 FuVeX 制造的 Marvin 飞机的飞行员训练。
2.1 研究动机 ................................................................................................................................................ 11 2.2 最新技术 ................................................................................................................................................ 12 2.3 本研究贡献 ................................................................................................................................................ 13 2.3.1 使用现代工具对四轴飞行器进行动态建模 ............................................................................................. 13 2.3.2 四轴飞行器的系统控制 ............................................................................................................................. 14 2.3.3 触觉系统控制 ................................................................................................................................ 14 2.4 直升机 VS 其他飞行原理 ............................................................................................................................. 14 2.4.1 短距 VTOL 配置比较 ............................................................................................................................. 15 2.4.2 未来无人机的 VTOL 配置 ............................................................................................................. 16 2.4.2.1 同轴配置 ................................................................................................................................ 16 2.4.2.2 四轴飞行器配置........................................................................................................... 17 2.5 什么是触觉技术? ...................................................................................................................................... 17 2.5.1 触觉系统控制的相关研究 ........................................................................................................ 18 2.5.2 触觉控制器 ................................................................................................................................ 19 2.5.3 触觉控制器的应用 ...................................................................................................................... 20 2.6 结论 ...................................................................................................................................................... 22
2.1 研究动机 ................................................................................................................................................ 11 2.2 最新技术 ................................................................................................................................................ 12 2.3 本研究贡献 ................................................................................................................................................ 13 2.3.1 使用现代工具对四轴飞行器进行动态建模 ............................................................................................. 13 2.3.2 四轴飞行器的系统控制 ............................................................................................................................. 14 2.3.3 触觉系统控制 ................................................................................................................................ 14 2.4 直升机 VS 其他飞行原理 ............................................................................................................................. 14 2.4.1 短距 VTOL 配置比较 ............................................................................................................................. 15 2.4.2 未来无人机的 VTOL 配置 ............................................................................................................. 16 2.4.2.1 同轴配置 ................................................................................................................................ 16 2.4.2.2 四轴飞行器配置........................................................................................................... 17 2.5 什么是触觉技术? ...................................................................................................................................... 17 2.5.1 触觉系统控制的相关研究 ........................................................................................................ 18 2.5.2 触觉控制器 ................................................................................................................................ 19 2.5.3 触觉控制器的应用 ...................................................................................................................... 20 2.6 结论 ...................................................................................................................................................... 22
2.1 研究动机 ................................................................................................................................................ 11 2.2 最新技术 ................................................................................................................................................ 12 2.3 本研究贡献 ................................................................................................................................................ 13 2.3.1 使用现代工具对四轴飞行器进行动态建模 ............................................................................................. 13 2.3.2 四轴飞行器的系统控制 ............................................................................................................................. 14 2.3.3 触觉系统控制 ................................................................................................................................ 14 2.4 直升机 VS 其他飞行原理 ............................................................................................................................. 14 2.4.1 短距 VTOL 配置比较 ............................................................................................................................. 15 2.4.2 未来无人机的 VTOL 配置 ............................................................................................................. 16 2.4.2.1 同轴配置 ................................................................................................................................ 16 2.4.2.2 四轴飞行器配置........................................................................................................... 17 2.5 什么是触觉技术? ...................................................................................................................................... 17 2.5.1 触觉系统控制的相关研究 ........................................................................................................ 18 2.5.2 触觉控制器 ................................................................................................................................ 19 2.5.3 触觉控制器的应用 ...................................................................................................................... 20 2.6 结论 ...................................................................................................................................................... 22
Daeil Jo 和 Yongjin (James) Kwon 工业工程,亚洲大学,韩国水原 电子邮件:j11129@naver.com,yk73@ajou.ac.kr 摘要 —随着公众对无人机兴趣的增加,无人机正在成为第四次工业革命时代的重要技术领域之一。对于无人机来说,固定翼类型是有利的,因为它比多旋翼类型具有更长的飞行时间,并且速度更快。然而,它需要一个单独的、漫长的、无障碍物的着陆区,这在城市地区很难找到。此外,固定翼型无人机不容易安全着陆。正因为如此,对垂直起降型无人机的需求正在上升。本研究的目的是设计和开发一种能够垂直着陆和起飞的垂直起降飞机,并在垂直、水平和过渡飞行过程中具有适当的推力和升力。我们制定了规范化的无人机开发流程,为开发过程提供理论指导。为了确定垂直起降飞机的气动特性,我们采用了 3D CAD 和 CAE 方法,可以模拟风洞试验以获得最佳气动效率。使用开发的流程,我们确定了构成无人机的内部模块的标准,并且可以考虑适当的重心来组装机身。我们进行了 SW 设置以进行飞行调整,并能够相应地进行飞行测试。在飞行体验中