小型无人机动力学建模与控制方法研究

发布时间：2020-12-08 07:07

　　飞行控制系统是无人机的重要组成部分,其主要功能是改善飞行品质(包括固有运动特性、操纵特性、扰动特性等)、协助航迹控制以及任务规划。高品质的飞行控制系统是无人机安全飞行和完成复杂飞行任务的重要保障。论文中首先建立无人机在飞行过程中的非线性动力学模型,并针对所建立的运动方程进行线性化解耦分组处理,将无人机的运动过程分解为纵向运动和侧向运动。其次,分析典型飞行控制系统的基本构成,对常用的控制参数整定方法进行了介绍并采用MATLAB工具来简化整定过程。根据线性化的运动方程,讨论无人机在飞行过程中控制回路的组成结构,设计在纵向和侧向运动中不同的飞行控制规律。再次,针对无人机的航迹规划问题,论述了Dubins路径规划算法,并将Dubins算法应用于无人机的自主飞行过程,以此来讨论并设计无人机自主飞行时的控制方法。最后,分析无人机在起降过程中的受力与运动规律,分段讨论在各过程中不同的控制策略,根据讨论结果以及飞行器的对象特点,设计无人机在起飞、着陆过程中的控制方案,保证无人机能够安全的起飞并且成功的着陆。 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 无人机发展现状
    1.3 飞行控制方法研究概况
    1.4 论文研究内容
2 无人机动力学建模
    2.1 引言
    2.2 常用坐标系及坐标系转换
        2.2.1 常用坐标系定义
        2.2.2 飞行器运动参数
        2.2.3 坐标系之间转换
        2.2.4 几何关系方程
    2.3 气动力与气动力矩
    2.4 飞行器运动方程
        2.4.1 飞行器运动假设
        2.4.2 动力学方程
        2.4.3 运动学方程
        2.4.4 运动方程的变换
    2.5 小扰动线性化模型
        2.5.1 线性化方法
        2.5.2 运动方程解祸
        2.5.3 运动方程线性化
        2.5.4 线性状态方程分组
    2.6 本章小结
3 无人机飞行控制回路设计
    3.1 引言
    3.2 典型飞行控制系统分析
        3.2.1 飞行器纵向运动
        3.2.2 飞行器侧向运动
        3.2.3 PID控制参数设计
        3.2.4 PID参数整定示例
    3.3 飞行姿态控制回路
        3.3.1 纵向姿态的稳定与控制
        3.3.2 侧向姿态的稳定与控制
    3.4 飞行轨迹控制回路
        3.4.1 飞行高度的稳定与控制
        3.4.2 侧向偏离的稳定与控制
    3.5 无人机飞行控制律设计
        3.5.1 无人机飞行控制律
        3.5.2 飞行控制律仿真
    3.6 本章小结
4 无人机航迹规划
    4.1 引言
    4.2 Dubins路径规划
        4.2.1 Dubins路径规划方法
        4.2.2 Dubins最短路径
        4.2.3 Dubins示例
    4.3 无人机自主飞行
    4.4 本章小结
5 无人机自主起降控制
    5.1 引言
    5.2 自主起降过程分析
        5.2.1 起飞段分析
        5.2.2 着陆段分析
    5.3 地面滑行所受约束力与力矩
        5.3.1 机轮侧向受力及力矩
        5.3.2 地面支撑力及力矩
        5.3.3 滚动阻力及矩
    5.4 自主起飞控制策略
        5.4.1 纵向控制
        5.4.2 侧向控制
        5.4.3 自主起飞过程
    5.5 自主着陆控制策略
        5.5.1 纵向控制
        5.5.2 侧向控制
        5.5.3 自主着陆过程
    5.6 本章小结
6 结束语
致谢
参考文献
附录



本文编号：2904682