无人飞行器姿态控制系统设计

发布时间：2020-10-01 18:54

　　近年来，随着光电技术、计算机技术、制导技术和目标探测技术的迅速发展以及对作战任务要求的不断提高，研制一种集侦察、毁伤评估、精确打击、通信、中继、目标指示、空中警戒等单一或多项任务于一体的无人作战武器受到世界各国的高度重视。本文在已有常规武器平台的基础上，设计出了集无人机技术和弹药技术于一体的新型无人飞行器，并对该无人飞行器姿态控制系统进行了研究，具体内容如下：首先，以牛顿第二定律、动量定理和动量矩定理为理论基础，联合飞行器质心运动方程和姿态变化的动力学方程、运动学方程、质量变化方程、角度几何关系方程建立了飞行器运动模型。其次，对建立的飞行器非线性运动模型进行线性化，利用解析法、系数法等方法对飞行器纵向扰动运动进行了动态特性分析，总结出短周期扰动运动与长周期扰动运动的特点和动态特性的基本准则。再次，基于自动控制理论和H鲁棒控制理论，进行了无人飞行器姿态控制系统设计与仿真。由H混合灵敏度控制方法设计出姿态控制器，以使飞行器的纵侧向姿态控制达到稳定，并具有一定的鲁棒性。最后，利用三轴转台、目标模拟器、仿真计算机等设备搭建了无人飞行器半实物仿真姿态控制系统，进行了半实物仿真试验，实现了对无人飞行器姿态闭环回路控制，确保了姿态控制系统的快速性、稳定性、准确性。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：V249.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 国内外研究概况及发展趋势
        1.2.1 各国无人飞行器发展概况
        1.2.2 无人飞行器发展趋势
    1.3 国内外 UAV 姿态控制方法研究状况
        1.3.1 PID 控制
        1.3.2 自适应控制
        1.3.3 鲁棒控制
        1.3.4 非线性 H 控制
        1.3.5 变结构控制
        1.3.6 模糊控制
        1.3.7 神经网络控制
    1.4 本文主要内容
第2章飞行器运动方程组
    2.1 引言
    2.2 飞行器飞行力学环境的建立
        2.2.1 空气动力和气动力矩
        2.2.2 推力
    2.3 飞行器运动建模
        2.3.1 飞行器运动基本定理
        2.3.2 飞行器运动模型的简化
    2.4 飞行器坐标系及其转换
        2.4.1 飞行器坐标系定义
        2.4.2 飞行器坐标系变换
        2.4.3 飞行器运动方程组
    2.5 本章小结
第3章飞行器动态特性分析
    3.1 引言
    3.2 飞行器动态特性分析中的基本概念
        3.2.1 干扰力和干扰力矩
        3.2.2 飞行器的稳定性和操纵性
    3.3 飞行器运动方程的线性化
        3.3.1 线性化方法
        3.3.2 飞行器的线性化方程
    3.4 飞行器纵向扰动运动的数学模型
    3.5 飞行器纵向扰动动态特性分析
        3.5.1 解析法
        3.5.2 系数法
    3.6 本章小结
第4章飞行器姿态控制系统设计
    4.1 引言
    4.2 自动控制的基本概念
        4.2.1 自动控制的基本原理
        4.2.2 自动控制系统的基本要求
        4.2.3 稳定裕度
        4.2.4 闭环系统的频域性能指标
    4.3 鲁棒姿态控制系统设计
        4.3.1 鲁棒稳定性的频域判据
        4.3.2 H 标准设计
        4.3.3 H 混合灵敏度控制
        4.3.4 加权函数的选取
    4.4 纵向姿态控制系统设计与仿真
    4.5 侧向姿态控制系统设计与仿真
    4.6 本章小结
第5章半实物仿真试验
    5.1 前言
    5.2 飞行器制导控制系统概述
        5.2.1 制导控制系统功能与组成
        5.2.2 制导控制半实物仿真系统组成
        5.2.3 半实物仿真模拟设备
    5.3 姿态控制系统数学模型
        5.3.1 飞行器运动模型
        5.3.2 目标运动模型
        5.3.3 导引模型
    5.4 仿真试验结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢

【参考文献】