Nonlinear Flow and Flight Tracking Control Methods for Unmanned Aerial Vehicles Using Microjet Actuators
使用微射流执行器的无人机非线性流动和飞行跟踪控制方法
基本信息
- 批准号:1335405
- 负责人:
- 金额:$ 12.88万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2013
- 资助国家:美国
- 起止时间:2013-09-01 至 2016-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The primary science objective of this award is to develop new methods of simultaneous flow and flight control for microjet actuator-based unmanned aerial vehicles (UAVs) in the presence of uncertain operating conditions and uncertain nonlinear actuator dynamics. Microjet actuators transfer linear momentum to a flow system by using a vibrating diaphragm, which creates trains of vortices through the alternating ejection and suction of fluid through a small orifice. Microjets can be utilized to modify the boundary layer flow field near the surface of an aircraft wing, which can improve UAV aerodynamic performance and maneuverability. Benefits of the use of microjet actuators include small size, ease of operation, low cost, and no requirement for a separate fuel supply. The study will investigate new methods of nonlinear control, which incorporate the complete nonlinear UAV dynamics in addition to the boundary-layer flow field dynamics in the design. A focus of the proposed research will be the development of practical control designs that require minimal computational complexity. Deliverables include new theoretical control design techniques, demonstrations via numerical simulations, performance validation via wind-tunnel experiments, engineering student education and research experiences, and hands-on student projects. It is expected that the results of this research will reduce implementation cost and improve performance of UAV control systems. Moreover, the research will create practical microjet-based control methods that can be applied over a wide range of operating conditions. This will enable the development of cost-effective UAV systems that are capable for real-life implementation. The result of the research will be document in research papers that will be disseminated in conference proceedings and high-impact academic journals. Graduate and undergraduate students will benefit through involvement in research and hands-on projects, which they will draw on throughout their academic or industrial careers.
该奖项的主要科学目标是在不确定的操作条件和不确定的非线性致动器动力学的存在下,为基于微喷射致动器的无人机(UAV)开发同时流动和飞行控制的新方法。 微射流驱动器通过使用振动膜将线性动量传递到流动系统,振动膜通过小孔交替喷射和吸入流体来产生涡流列。 利用微喷技术可以改变机翼表面的边界层流场,从而改善无人机的气动性能和机动性能。 使用微喷射致动器的益处包括小尺寸、易于操作、低成本以及不需要单独的燃料供应。 这项研究将探讨新的非线性控制方法,其中包括完整的非线性无人机动力学,除了边界层流场动力学的设计。 拟议的研究的重点将是开发实际的控制设计,需要最小的计算复杂性。 课程包括新的理论控制设计技术,通过数值模拟进行演示,通过风洞实验进行性能验证,工程专业学生的教育和研究经验,以及动手的学生项目。期望本研究的成果能降低无人机控制系统的实现成本,提高控制系统的性能。 此外,该研究将创建实用的基于微射流的控制方法,可应用于广泛的操作条件。 这将使开发具有成本效益的无人机系统成为可能,这些系统能够在现实生活中实现。研究结果将记录在研究论文中,并将在会议记录和高影响力的学术期刊上传播。研究生和本科生将通过参与研究和实践项目受益,他们将在整个学术或工业生涯中借鉴。
项目成果
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