混亂條件下，空中作業(yè)需要克服由作業(yè)任務(wù)和對象帶來的晃動和質(zhì)心變化等影響，例如抓取和投放物資等。北京航空航天大學(xué)“飛行器先進(jìn)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)技術(shù)”科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊在負(fù)責(zé)人郭雷教授帶領(lǐng)下，系統(tǒng)性地提出了復(fù)合干擾分離與估計、具有適應(yīng)可變性能的復(fù)合抗干擾控制等方法，突破了仿生優(yōu)化設(shè)計、浮動基座變質(zhì)心高精度指向控制等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了一款空中靈巧作業(yè)無人機(jī)系統(tǒng)。

進(jìn)行風(fēng)力干擾測試中的無人機(jī)

無人機(jī)普遍被用在人類難以涉及的環(huán)境，比如高溫高壓等危險、極端、特殊、惡劣場景。在高危環(huán)境中，由于外部情況復(fù)雜，操控人員如果想要進(jìn)行正常的機(jī)器操作和視頻記錄，則對無人機(jī)采集圖像的穩(wěn)定性要求極高。這就對飛控的抗干擾能力提出了新要求，如果不夠平穩(wěn)，則會出現(xiàn)“果凍”效應(yīng)。航拍領(lǐng)域中所說的“果凍”效應(yīng)是由于機(jī)身震動過大、減震球不合適等因素造成照片、視頻中出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，由于神似被戳動的果凍而被成為“果凍”效應(yīng)。

因無人機(jī)的機(jī)構(gòu)振動導(dǎo)致的“果凍”效應(yīng)，正是一種典型的飛行干擾。應(yīng)用郭雷教授的復(fù)合精細(xì)抗干擾控制方法，綜合分析模型誤差、內(nèi)部噪聲、質(zhì)心偏移以及外部擾動等復(fù)合干擾，進(jìn)而分離識別與抑制補(bǔ)償，使得“靈巧作業(yè)”精準(zhǔn)度顯著提高。

既然叫做靈巧作業(yè)無人機(jī)，那么其靈巧程度就成了衡量關(guān)鍵。在航空航天領(lǐng)域，最有代表性的就是空間非合作目標(biāo)的在軌抓捕測試?？臻g非合作目標(biāo)的在軌抓捕與一般合作目標(biāo)的抓捕不同，其最主要的特點(diǎn)就是目標(biāo)具有非合作性——即不具有抓捕所需要的專用接口，并且不提供任何用于對其進(jìn)行抓捕的有效信息。

團(tuán)隊受邀參加2021年“中國機(jī)器人峰會”和“北京國際科技博覽會”

團(tuán)隊針對抓捕目標(biāo)的非合作特性，以抗干擾位姿估計與復(fù)合精細(xì)抗干擾控制方法為技術(shù)背景，研究抓捕非合作目標(biāo)過程中的目標(biāo)識別與捕獲控制問題，首次完成了空中非合作目標(biāo)捕獲測試。團(tuán)隊余翔教授介紹目前達(dá)到了毫米級的末端控制精度，屬于目前已知的國際最高精度。多用于航天領(lǐng)域的“空間非合作目標(biāo)的在軌抓捕測試”首次在無人機(jī)領(lǐng)域完成，這是國內(nèi)無人機(jī)領(lǐng)域的一個創(chuàng)新，更是靈巧無人機(jī)作業(yè)精度的體現(xiàn)。

未來，在應(yīng)急救援、感知安監(jiān)等多個領(lǐng)域，靈巧作業(yè)無人機(jī)均有廣闊的應(yīng)用場景。團(tuán)隊將研究方向從任務(wù)需求場景出發(fā)，以系統(tǒng)總體為研究視角，經(jīng)過一體化設(shè)計，來提高靈巧無人機(jī)的作業(yè)精度。無人機(jī)的智能化升級迭代，不斷深入細(xì)分領(lǐng)域方向，也必將使得中國無人機(jī)在準(zhǔn)度、精度、安全上走在全球前列。

專家簡介：王騰，軍事裝備科普專家，陸軍裝甲兵學(xué)院碩士研究生學(xué)歷，先后在中央電視臺、人民日報從事一線軍事新聞工作，參加策劃并制作多個軍事科技專題。長期對國內(nèi)外高科技裝備、各兵種主戰(zhàn)裝備等方面進(jìn)行科普研究，先后在《人民日報海外版》、《法制日報》、《科普中國》等平臺發(fā)表文章，獲“國家信息化領(lǐng)導(dǎo)小組”頒發(fā)的先進(jìn)個人獎項。

出品：科普中國軍事科技前沿

作者：王騰

策劃：金赫

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部