大载荷无人机自主着陆纵向控制策略研究

发布时间：2020-05-23 05:55

【摘要】：大载荷无人机凭借优异的载重能力,在续航、运输、执行任务等方面有着卓越的综合效能,近年来不断受到人们的重视和青睐。作为无人机关键技术之一的自主着陆控制技术,关系到无人机能否安全着陆有效回收,其研究意义非常深远。本文以某大载荷无人机为研究对象,针对其着陆质量构型变化大、质量参数难以准确获取的特点,研究了不同质量构型下的襟翼使用策略,并在使用襟翼的基础上对自主着陆纵向控制策略进行改进和完善,提高了对象无人机在不同质量构型下着陆飞行状态的一致性,并且实现了全质量构型下的安全着陆。本文首先在建立对象无人机模型的基础上,进行了飞行特性分析。而后进行了无襟翼着陆控制策略的设计与分析,指出了该策略严重依赖质量参数且无法实现全质量构型安全着陆的局限性,并详细阐述了质量参数误差较大时影响着陆安全的具体原因。其次,针对无襟翼下无法全质量构型着陆的缺点,设计了定速调档的襟翼使用策略,保证触地速度安全的同时,提高了飞行状态的一致性。针对质量参数误差过大导致触地俯仰角安和下沉率安全性不足的问题,从改进控制律的角度出发,采用串联限幅的姿态控制以及基于直接力的触地下沉率保护控制,有效提升了着陆触地安全性。再次,针对按照质量参数使用襟翼存在安全隐患且缺乏自主修正能力的问题,设计了自动襟翼控制策略,使无人机在进场平飞段就逐渐脱离质量参数的依赖并通过控制律自主修正飞行状态偏差,从源头上提升着陆控制的自主性和安全性。最后,为了控制策略的快速验证与应用,设计开发了基于FixWingLib模型的等效仿真验证环境,并在此基础上进行了全质量构型以及多种干扰因素的组合仿真。仿真结果表明本文所设计的控制策略可以有效提高不同质量无人机着陆状态的一致性,并且实现了在包含质量参数误差以及各种干扰因素下的全质量构型安全着陆。
【图文】：

无人机,载重能力

载荷能力近 1000kg，其机身包含快卸锁钩货仓和分布式载货吊舱，不仅可以用于长航时飞行还可以执行物流运输、后勤补给等任务。图1.1 “Altair”大载荷无人机图1.2 “双尾蝎”大载荷无人机大载荷无人机利用独特的机身结构设计、轻盈的机身材料、强劲的动力装置提升有效载荷，弥补了先前无人机载重能力不足的缺点。凭借优异的载重能力，大载荷无人机可以携带更多的燃油及任务装置、有更长的飞行续航能力、装载更多物资，从而提升了续航、运输、执行任务的综合效能，因此大载荷无人机不断受到人们的重视和青睐[6]。相比于普通无人机，大载荷无人机在飞行时的质量范围较为宽泛，其燃油以及任务载荷配置会随着执行任务的不同灵活变化，

无人机,机身结构,双尾,有效载荷

载荷能力近 1000kg，其机身包含快卸锁钩货仓和分布式载货吊舱，不仅可以用于长航时飞行还可以执行物流运输、后勤补给等任务。图1.1 “Altair”大载荷无人机图1.2 “双尾蝎”大载荷无人机大载荷无人机利用独特的机身结构设计、轻盈的机身材料、强劲的动力装置提升有效载荷，弥补了先前无人机载重能力不足的缺点。凭借优异的载重能力，大载荷无人机可以携带更多的燃油及任务装置、有更长的飞行续航能力、装载更多物资，从而提升了续航、运输、执行任务的综合效能，因此大载荷无人机不断受到人们的重视和青睐[6]。相比于普通无人机，大载荷无人机在飞行时的质量范围较为宽泛，，其燃油以及任务载荷配置会随着执行任务的不同灵活变化，
【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】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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