复杂风力环境下固定翼无人机回收末段导航及鲁棒控制研究

发布时间：2020-11-01 14:09

　　 相比于旋翼类(多旋翼,直升机)无人机,固定翼无人机具有航程远,载重大的优势。因此,固定翼无人机在许多领域得到了广泛的应用。但需要注意的是,相比于旋翼类无人机,固定翼无人机的起降传统上通常需要固定的跑道。或者,采用类似于开伞回收和气囊缓冲回收等辅助的缓冲降落回收方式,但这类回收方式的实际效果并不好。当前,因受限于上述固定翼无人机起降环境的限制,其应用场景的灵活性较差。一旦其起降环境的限制得到解除,其应用前景将会得到进一步地拓展。因此,对于固定翼无人机而言,发展高精度且高效率的回收降落方式就显得尤为重要,这也成为了在无人机技术领域国内外的热门研究方向之一。针对这种固定翼无人机的降落回收应用场景,本文首先提出了两种回收方式的机械结构总体设计:单线式机背天钩撞线回收方案和线网复合式机背天钩撞线回收方案。这两种方案分别适用于小型固定翼无人机的回收和中大型固定翼无人机的回收。显然,这两种撞线回收方案都对于无人机回收末段的高精度导航和控制系统在复杂风场干扰下稳定固定翼无人机的各项飞行参数提出了较高的要求。针对固定翼末段回收导航的高精度要求,本文提出了一种通过单目视觉导航方式提供无人机飞行位置信息的方法:由相机观察一个形状已知并且相对特定的坐标系位置姿态信息已知的立体靶标,并由相机拍摄到的画面通过数学模型的转换和定位算法的解算得到无人机相对于该坐标系的位置信息。同时,本文就这种定位算法在典型应用场景下的误差给予了分析。针对固定翼末段回收导航对于控制系统提出的要求,本文首先完成了复杂风场模型的建立和仿真工作。同时完成了无人机飞行动力学模型的建立和飞行中所受到的力和力矩的计算工作。并根据小扰动的动力学方程,基于状态反馈H∞最优控制方法分别完成了纵向飞行控制器和横侧向飞行控制器的设计,以及分析工作。最后,本文结合上述各部分内容的数学模型,进行了整体的数学仿真实验,初步验证了在复杂风力环境下固定翼无人机回收末段通过单目视觉导航及鲁棒控制可以满足撞线回收方式对于无人机末段回收阶段提出的精度要求。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V279;V249
【部分图文】：

捕获网架安装在回收滑道上，并可以在滑道道内部定滑轮组拖动捕获网在回收滑道上与无人机同步速阻尼片的卷筒安装在滑道内部，与捕获网相连。及捕获网：安装于回收滑道上，阻拦绳与无人机直接作捕获及减速，捕获网完成对无人机的最终稳定。阻拦绳网架相连，可拉动其同步滑动。置：安装于回收滑道上。主要由带减速阻尼片的卷筒和通过阻尼绳与捕获网架相连，当捕获网架在阻拦绳拖动阻尼绳，使卷筒转动。此时减速阻尼器会与减速阻尼片的滑动，以此实现对无人机动能的缓冲。架：安装在地面、移动车上，主要由回收支架及其控用可折叠机械臂形式，工作时处于展开状态，将阻拦机无人机进行捕获。捕获完成后机械臂式回收支架将无人，由工作人员进行后续操作。回收支架为可折叠式设计叠储存，减少空间占用。
【参考文献】

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本文编号：2865649