无人机最简控制系统研究

发布时间：2017-03-27 14:13

  本文关键词：无人机最简控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 无人机广泛的应用价值、尤其是在军事上的重要性已经得到国内外的高度重视，，而无人机飞行控制系统是无人机能够安全飞行的基本前提。本文主要利用现代控制理论的方法研究无人机传感器系统最简配置时的最简控制系统。 首先对对象特性进行建模，以长空无人机为例，将无人机机的运动抽象为6自由度刚体运动的12阶微分方程，并在此基础上对模型进行配平和线性化。 随后介绍了本文控制律设计时采用的方法：现代控制理论多变量控制技术的线性二次型LQ方法，详细说明了线性二次型的理论、算法以及应用；并以法向过载控制模态为例，将线性二次型运用到飞行控制系统的控制律设计中。 接下来主要研究了基于垂直陀螺和GPS，以及基于三轴角速率陀螺和GPS两种传感器配置情形的最简控制技术，并将线性二次型LQ技术运用到最简控制的控制律设计中。 最后，控制增益分别在不同的平衡点处和非线性模型中进行仿真验证，验证控制律的设计在整个飞行包线范围内的鲁棒性。 大量的仿真分析表明，最简控制在工程中是可实现的。
【关键词】：无人机 线性二次型LQ 最简控制 飞行控制 仿真
【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】：2003
【分类号】：V249
【目录】：

• 第一章 绪论11-15
• 1．1 引言11
• 1．2 飞行控制系统的发展及现状11-12
• 1．3 最简控制系统概述12-13
• 1．4 本文内容13-14
• 1．5 本文的主要贡献14-15
• 第二章 对象特性的建模15-21
• 2．1 苏联坐标体制下的无人机数学模型15-18
• 2．1．1 数学模型15-17
• 2．1．2 无人机空气动力的计算17-18
• 2．2 飞机模型的配平和线性化18-20
• 2．2．1 配平18-20
• 2．2．2 线性化20
• 2．3 小结20-21
• 第三章 线性二次型及其在控制律设计中的应用21-36
• 3．1 线性二次型LQ技术概述21
• 3．2 输出反馈线性二次型调节器LQR21-24
• 3．2．1 输出反馈线性二次型调节器描述21-22
• 3．2．2 输出反馈调节器LQR求解22-23
• 3．2．3 输出反馈调节器LQR求解的条件23-24
• 3．3 输出反馈线性二次型跟踪器（LQT）24-29
• 3．3．1 输出反馈线性二次型跟踪器LQT的结构24-26
• 3．3．2 指令跟踪问题的一般描述26-27
• 3．3．3 性能指标27-28
• 3．3．4 输出反馈线性二次型跟踪器的LQR求解28-29
• 3．4 改进性能指标的LQ技术29-31
• 3．4．1 限制反馈阵29
• 3．4．2 固定增益29
• 3．4．3 偏差加权29-30
• 3．4．4 时间加权30-31
• 3．5 法向过载控制模态的控制律设计31-35
• 3．5．1 法向过载控制增稳系统结构31-32
• 3．5．2 法向过载模态的控制律设计32-35
• 3．5．2．1 PI型补偿器32-34
• 3．5．2．2 I型补偿器34-35
• 3．6 小结35-36
• 第四章 基于垂直陀螺和GPS的最简控制系统36-63
• 4．1 最简控制概述36-37
• 4．2 控制系统设计方法37-38
• 4．3 控制系统设计思想与控制结构38-39
• 4．3．1 总体思想38
• 4．3．2 控制结构38-39
• 4．4 纵向控制系统方案39-44
• 4．4．1 姿态控制回路39-42
• 4．4．1．1 控制结构与控制策略39-40
• 4．4．1．2 PID控制40-41
• 4．4．1．3 PD控制41
• 4．4．1．4 工程实现中的问题41-42
• 4．4．2 高度控制系统42-44
• 4．4．2．1 控制结构与控制策略42-43
• 4．4．2．2 推测算法43-44
• 4．5 横侧向控制系统方案44-49
• 4．5．1 荷兰滚控制模态（偏航阻尼器）44-46
• 4．5．1．1 控制结构与控制策略44-45
• 4．5．1．2 偏航角速率信号的获取45-46
• 4．5．2 滚转控制模态46
• 4．5．3 航迹控制模态46-49
• 4．5．3．1 基于侧偏和侧偏速率的控制方案47
• 4．5．3．2 基于侧偏和偏航角的控制方案47
• 4．5．3．3 基于侧偏的控制方案47-48
• 4．5．3．4 工程化设计方案以及推测算法48-49
• 4．6 纵向控制律设计49-56
• 4．6．1 姿态控制回路设计49-54
• 4．6．1．1 PID结构（1）49-52
• 4．6．1．2 PID结构（2）52-53
• 4．6．1．3 PD结构53-54
• 4．6．2 高度控制回路设计54-56
• 4．7 横侧向控制律设计56-62
• 4．7．1 荷兰滚和滚转控制回路设计56-61
• 4．7．1．1 滚转模态基于PID（1）的控制56-59
• 4．7．1．2 滚转模态基于PID（2）的控制59-60
• 4．7．1．3 滚转模态基于PD结构的控制60-61
• 4．7．2 航迹控制回路设计61-62
• 4．8 小结62-63
• 第五章 基于角速率陀螺和GPS的最简控制系统63-70
• 5．1 控制系统设计思想63
• 5．2 纵向控制系统63-65
• 5．2．1 高度控制系统控制策略与控制结构64
• 5．2．2 工程实现中的问题64-65
• 5．2．3 高度控制的控制律设计65
• 5．3 横侧向控制系统65-69
• 5．3．1 控制策略与控制结构66-67
• 5．3．1．1 荷兰滚控制模态（偏航阻尼器）66
• 5．3．1．2 滚转控制模态66
• 5．3．1．3 航迹控制模态66-67
• 5．3．2 控制律设计67-69
• 5．3．2．1 内回路67-68
• 5．3．2．2 外回路68-69
• 5．4 小结69-70
• 第六章 最简控制系统的仿真与分析70-78
• 6．1 线性模型仿真70-72
• 6．2 非线性模型仿真72-76
• 6．2．1 基于垂直陀螺和GPS配置的控制系统仿真74-76
• 6．2．2 基于三轴角速率陀螺和GPS配置的控制系统仿真76
• 6．3 小结76-78
• 结束语78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83

【引证文献】

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本文编号：270526