固定翼无人机多模型自适应律研究

发布时间：2017-03-20 04:06

  本文关键词：固定翼无人机多模型自适应律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无人机技术的不断发展及其应用范围的不断扩大，与无人机相关的技术研究已经成为一个世界范围内的热点。作为无人机控制系统的核心，对无人机自动控制算法的研究也在不断深入。本文基于固定翼无人机运动系统的六自由度非线性模型，，结合使用PID控制器的航磁无人机的实际飞行试验结果和多参数集整定规律，针对参数相对公开的F-16战斗机，建立了基于MATLAB的仿真模型，并对其进行解耦、配平和线性化，从而获得多线性模型集。在此基础上，研究了应用于无人机非线性运动系统的多模型控制算法，并结合无人机飞行动力学特性，选取合适的多模型切换策略，以保证基于多模型自适应律的飞行控制系统的稳定性。仿真结果表明该控制算法可以较好的控制固定翼无人机稳定飞行，达到了预期的效果。 本文首先介绍了所研究的控制对象——固定翼无人机的发展历史，并简述了无人机控制系统和各种控制算法。接下来讨论了多模型自适应律在无人机控制系统上的应用现状，从而引出本课题研究背景及意义，并概括了本文研究内容和论文整体结构。 接下来，在分析无人机各个基本运动参数的基础上，通过对通用固定翼无人机进行受力分析和力矩分析，建立了描述固定翼无人机的六自由度非线性数学模型。 然后，通过分析自行设计的航磁无人机自动驾驶仪PID控制算法和其他成熟自驾仪的控制算法，以及在多次野外实地飞行验证和实验中，对多参数集PID控制器所做的参数整定，进一步研究了在飞行控制中控制器参数切换的主要影响因素。 在以上研究的基础上，以参考飞行器为蓝本，搭建完成了基于MATLAB的仿真模型，同时对模型进行了包括解耦、配平和线性化在内的数学分析，从而建立了MATLAB下的多线性模型集。在此基础上，研究了多模型自适应律在固定翼非线性动态上的控制应用，并通过仿真验证，证明无论是对纵向还是横侧向运动的控制，多模型自适应控制器都达到了预期的效果。同时配合本文提出的最优路径导航算法，对飞行航线的仿真也表明，该控制方法可以发挥稳定的控制效果。 最后，本文结尾对所做的工作进行了总结，同时提出了未来的研究方向。
【关键词】：固定翼无人机 六自由度非线性模型 自动驾驶仪 多模型自适应律
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 无人机发展历史简述10-11
• 1.2 无人机飞行控制系统发展简述11-12
• 1.3 多模型自适应律研究现状12-14
• 1.4 课题研究背景14-16
• 1.5 课题研究意义和研究内容16-18
• 第2章 固定翼无人机数学模型18-26
• 2.0 引言18
• 2.1 无人机建模基础18-22
• 2.1.1 无人机坐标系的建立18-19
• 2.1.2 无人机基本特征概述19-22
• 2.2 无人机非线性运动方程的建立22-25
• 2.2.1 动力学方程的假设条件22-23
• 2.2.2 受力分析及力矩分析23-24
• 2.2.3 六自由度非线性模型24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 固定翼无人机 PID 控制器多参数集整定26-37
• 3.1 引言26-27
• 3.2 航磁无人机 PID 飞行控制算法27-29
• 3.3 航磁无人机纵向通道控制律29-31
• 3.4 航磁无人机横侧向通道控制律31-33
• 3.5 野外试飞和多参数集整定33-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 固定翼无人机多模型自适应律研究37-58
• 4.1 引言37
• 4.2 多模型自适应律总体设计37-38
• 4.3 基于 MATLAB 的多模型集建立38-45
• 4.3.1 基本参数38-41
• 4.3.2 大气环境模型及发动机推力的计算41
• 4.3.3 空气动力系数的计算41-42
• 4.3.4 配平、解耦以及线性化模型集的建立42-45
• 4.4 纵向通道多模型控制器设计45-51
• 4.4.1 速度/俯仰角闭环多模型控制器设计47-50
• 4.4.2 高度闭环多模型控制器设计50-51
• 4.5 横侧向通道多模型控制器设计51-53
• 4.5.1 滚转角/侧滑角闭环多模型控制器设计52-53
• 4.5.2 航向角闭环多模型控制器设计53
• 4.6 导航算法的改进53-57
• 4.7 定性分析系统稳定性57
• 4.8 本章小结57-58
• 第5章 固定翼无人机多模型控制系统仿真58-72
• 5.1 纵向通道仿真结果58-62
• 5.2 横侧向通道仿真结果62-66
• 5.3 飞行航线仿真结果66-70
• 5.4 本章小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 附录78-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李磊;熊涛;胡湘阳;熊俊;;浅论无人机应用领域及前景[J];地理空间信息;2010年05期

2 袁锁中,杨一栋;基于μ综合的鲁棒飞行控制系统设计[J];飞行力学;2003年01期

3 李一波;李振;张晓东;;无人机飞行控制方法研究现状与发展[J];飞行力学;2011年02期

4 吴文海;高丽;周胜明;;飞行控制系统设计方法现状与发展[J];海军航空工程学院学报;2010年04期

5 穆向禹,周荻,段广仁;BTT导弹的抖动抑制多模型切换控制[J];航空学报;2002年03期

6 朱家强,郭锁凤,朱纪洪,胡春华;战斗机非线性飞行控制技术的研究与发展[J];航空学报;2005年06期

7 段镇;闫建国;董维中;;无人机纵向H_∞状态反馈控制律设计及仿真[J];计算机仿真;2008年07期

8 李晓理,王伟;输入受限系统的多模型自适应控制(英文)[J];控制理论与应用;2000年06期

9 李晓理;张维存;王伟;;基于有界扰动分区的多模型自适应控制[J];控制理论与应用;2006年02期

10 李晓理,王伟;基于局部化技术的多模型自适应控制[J];自动化学报;2000年04期

  本文关键词：固定翼无人机多模型自适应律研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：257113