飞翼无人机无动力应急着陆控制技术研究

发布时间：2017-10-28 00:24

  本文关键词：飞翼无人机无动力应急着陆控制技术研究

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【摘要】：无人机在飞行过程中可能会遇到突发事故造成发动机故障,致使无人机失去动力,研究无人机在无动力状态下的导航与控制策略与方法,保证无人机安全返回着陆,是无人机飞行控制的关键技术之一。本文以样例飞翼布局无人机为对象,研究无人机无动力条件下是否能够返回机场着陆(返场着陆)的判断依据、返场着陆航路与导航策略、以及返场过程中的控制方法。根据研究结果制定出一套完整飞翼布局无人机无动力应急着陆导航和控制策略,基于RSLQR控制技术,设计应急着陆过程中的飞行控制律。首先,本文应用牛顿经典力学理论,建立了样例飞翼布局无人机的数学模型,并对飞机气动性能、机动性能、操作性能和模态特性等进行了分析研究,为无人机的导航与飞行控制律奠定基础。其次,对无人机无动力返回的轨迹进行研究,将无动力返场着陆的过程划分为四个阶段,并对每个阶段的特点与关键技术进行了详细论述,设计出了返场制导策略与着陆航线。根据无人机飞行性能详细分析研究了飞行高度和航向对无动力返场能力的影响,提出了判断无人机是否有能力返场着陆条件判据。针对飞翼布局无动力无人机对飞行控制鲁棒性的要求,应用RSLQR控制技术,对应急着陆过程中的无人机的控制控制律进行了设计,保证无人机能够按照制导策略跟踪应急返场着陆航线。最后,为了验证所设计的制导策略、着陆航线和飞行控制律,使用MATLAB软件搭建了无人机飞行仿真环境,分别在典型无动力条件下和飞机模型不确定、初始状态不确定、风干扰等条件下进行了飞行仿真验证。结果表明,本文设计的导航与制导策略、应急着陆航线和飞行控制律满足飞翼布局无人机无动力应急返场着陆要求。
【关键词】：无人机 飞翼布局 无动力着陆 飞行控制 制导策略 着陆航线
【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】：V279;V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 引言15-16
• 1.2 课题研究背景及意义16-18
• 1.3 国内外研究现状18-19
• 1.4 本文研究内容以及章节安排19-20
• 第二章 对象特性建模与分析20-35
• 2.1 对象特性建模20-29
• 2.1.1 对象描述20-21
• 2.1.2 假设条件和坐标系21-22
• 2.1.3 刚体运动模型22-27
• 2.1.4 大气环境模型27-29
• 2.2 对象特性分析29-34
• 2.2.1 气动性能29-30
• 2.2.2 机动性能30-32
• 2.2.3 操纵特性32-33
• 2.2.4 模态特性33-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 应急着陆轨迹设计35-42
• 3.1 应急着陆阶段划分35-40
• 3.1.1 航向校准段36
• 3.1.2 直线下滑段36
• 3.1.3 能量管理段36-39
• 3.1.4 着陆段39-40
• 3.2 着陆段轨迹设计40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 应急着陆返场判断条件42-47
• 4.1 应急着陆返场判断变量分析42-46
• 4.1.1 高度的影响42-44
• 4.1.2 高度和航向的影响44-45
• 4.1.3 返回判断45-46
• 4.2 本章小结46-47
• 第五章 应急着陆控制律设计47-63
• 5.1 RSLQR控制原理47-48
• 5.2 纵向控制律设计48-58
• 5.2.1 俯仰角控制器设计48-53
• 5.2.2 高度变化率控制器设计53-58
• 5.3 横侧向控制律设计58-62
• 5.3.1 控制律设计58-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 应急着陆仿真验证63-78
• 6.1 应急着陆仿真环境63-66
• 6.2 鲁棒性性仿真验证66-77
• 6.2.1 模型不确定性仿真验证66-69
• 6.2.2 初始状态不确定性仿真验证69-71
• 6.2.3 风干扰仿真验证71-77
• 6.3 本章小结77-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 主要工作总结78
• 7.2 后续工作展望78-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

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本文编号：1105871