飞翼舰载无人机着舰控制技术研究

发布时间：2017-10-14 10:38

  本文关键词：飞翼舰载无人机着舰控制技术研究

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【摘要】：飞翼舰载无人机着舰段轨迹跟踪要求高、控制难度大、干扰因素多,是舰载机使用的核心难点。加之其特殊的气动布局导致的横侧向稳定性差,纵向操纵效率低等问题,使得无人机着舰段成为飞行事故的高发段。本文在对着舰段关键技术进行详细研究的基础上,设计了飞翼无人机动态着舰轨迹线和纵横向控制律,解决了飞翼无人机定点着舰的引导与控制问题。在精确分析航母运动对着舰点的影响的基础上,结合无人机的气动性能、操纵性能、机动性能和模态特性,参考有人机着舰轨迹和控制要求,设计了具有进场平飞、下滑引导和甲板运动补偿三个阶段的飞翼无人机着舰段轨迹线,实现了理想着舰点动态跟踪。依据着舰轨迹线各阶段的控制要求,综合考虑法向加速度和俯仰角速度的控制需求,应用RSLQR-L1控制理论设计了以C*为内回路的高度控制器,实现了高度的准确跟踪;针对飞翼无人机耦合特性和横航向不稳特性,设计了耦合补偿机制和横侧向增稳控制律,在此基础上应用RSLQR方法设计了以滚转角为内回路的航迹跟踪控制器,解决了着舰过程的航路跟踪问题。根据航母扰动运动造成的着舰点移动对飞翼无人机着舰精度的影响,设计了着舰点垂直运动补偿网络,提高了甲板运动补偿段轨迹跟踪精度,增加了着舰成功率。最后,应用matlab软件搭建了飞翼无人机着舰段的数值仿真环境,对模型不确定性、大气风场、航母运动及甲板沉浮等情况进行了综合仿真验证,结果表明飞翼无人机着舰轨迹线不受航母运动情况的影响,各阶段控制律满足舰载无人机自动着舰系统鲁棒性、准确性和快速性的需求。
【关键词】：飞翼舰载无人机 着舰轨迹线 鲁棒自适应控制 纵向甲板运动补偿
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 注释表14-15
• 缩略词15-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 课题研究背景与意义16-17
• 1.2 国内外发展历程及现状17-21
• 1.2.1 舰载无人机着舰回收现状17-18
• 1.2.2 舰载无人机着舰回收应考虑的环境因素18-19
• 1.2.3 无人机控制律研究现状19-21
• 1.2.4 甲板运动补偿研究现状21
• 1.3 论文研究内容及结构安排21-23
• 第二章 对象建模与特性分析23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 甲板运动建模23-28
• 2.2.1 甲板几何模型23
• 2.2.2 舰的航行运动23-24
• 2.2.3 舰的扰动运动24-28
• 2.3 样例舰载无人机建模28-31
• 2.3.1 对象描述28
• 2.3.2 坐标系28-30
• 2.3.3 力和力矩计算30
• 2.3.4 动力学和运动学模型30-31
• 2.4 对象特性分析31-35
• 2.4.1 基本性能31-33
• 2.4.2 机动性能33
• 2.4.3 操纵性能分析33-34
• 2.4.4 模态分析34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 舰载机着舰引导律设计36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 舰载机着舰航线36-40
• 3.2.1 目视进场及FLOLS着舰航线37-39
• 3.2.2 ILS进场及AWCLS着舰航线39-40
• 3.3 目标无人舰载机进场着舰轨迹线设计40-45
• 3.3.1 着舰段引导律设计41-43
• 3.3.2 舰载机下滑着舰相关参数的确定43-45
• 3.3.3 舰载机着舰段控制目标45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 自主着舰纵横向控制律设计46-75
• 4.1 引言46
• 4.2 控制方法原理介绍46-52
• 4.2.1 RSLQR控制原理47-49
• 4.2.2 L1自适应控制原理49-52
• 4.3 耦合补偿设计52-56
• 4.3.1 惯性耦合补偿52-54
• 4.3.2 运动耦合补偿54-55
• 4.3.3 操纵耦合补偿55-56
• 4.4 纵向控制律设计56-65
• 4.5 横侧向控制律设计65-70
• 4.5.1 增稳控制律设计65-67
• 4.5.2 侧向航迹跟踪控制律设计67-70
• 4.6 甲板运动补偿器设计70-74
• 4.6.1 理想着舰点三维运动对着舰精度的影响分析70-71
• 4.6.2 理想着舰点垂直运动补偿器设计71-74
• 4.7 本章小结74-75
• 第五章 仿真验证75-86
• 5.1 引言75
• 5.2 控制系统鲁棒性验证75-82
• 5.2.1 模型不确定性对着舰系统的影响验证75-78
• 5.2.2 风扰动对着舰系统的影响验证78-82
• 5.3 理想着舰点沉浮运动补偿效果验证82-84
• 5.4 舰船航行速度和遭遇角对着舰精度的影响84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 论文主要工作内容总结86-87
• 6.2 论文后续工作展望87-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 在学期间发表的学术论文92

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本文编号：1030634