无人机自动着陆纵向控制技术研究

发布时间：2017-04-19 16:17

  本文关键词：无人机自动着陆纵向控制技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 近年来无人机的研制在世界范围内蓬勃发展,世界各国都在大力发展各种用途的无人飞行器;因为无人机具有许多载人机无可比拟的优点,能出色完成许多载人机难以胜任的任务,但同时也存在许多问题需要解决;其关键的技术之一就是无人机完成任务后的安全着陆回收问题,精确的控制律设计对无人机的安全自动着陆必不可少。 本文首先建立了无人机六自由度非线性数学模型,并详细分析了其动力学特性和动态响应曲线:随后根据无人机的对象特性和着陆系统的总体结构,提出了着陆阶段的品质和性能要求,同时详尽设计了无人机自动着陆过程的下滑轨迹。 然后,针对经典PID控制方法所设计的控制律响应速度慢、振荡等现象,提出了一种基于切换输出比例因子的自调整模糊控制方法,设计了自动着陆的控制律:仿真结果表明,该方法有效地实现了轨迹跟踪控制,具有良好的动态和静态性能;并通过加入随机干扰,验证了所设计系统的鲁棒稳定性。 最后,分析了无人机在着陆过程中的各种随机干扰、非线性和其它不确定项,并针对不确定外部干扰和白噪声干扰设计了H_∞和H_2线性状态反馈控制器,使系统保持鲁棒稳定;在两种干扰同时存在的条件下,采用混合H_2/H_∞鲁棒控制,无人机仍能满足自动着陆的各项性能指标。
【关键词】：无人机 下滑轨迹 自动着陆 模糊控制 鲁棒性 H_2/H_∞鲁棒控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 符号表5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 无人机的研究背景9-10
• 1.2 国内外无人机的发展现状10-12
• 1.2.1 无人机的发展现状10-11
• 1.2.2 国内无人机的发展现状11-12
• 1.3 着陆控制的研究现状12-13
• 1.4 无人机自动着陆的关键因素13-15
• 1.4.1 自动着陆考虑的不确定因素13-14
• 1.4.2 自动着陆的关键技术14-15
• 1.5 本文解决问题和主要内容15-17
• 1.5.1 本文要解决问题15
• 1.5.2 本文的主要研究内容15-17
• 2 无人机的数学模型17-27
• 2.1 对象特性建模17-21
• 2.1.1 常用坐标系17-18
• 2.1.2 无人机的数学模型18-21
• 2.2 无人机六自由度运动方程简化21-23
• 2.2.1 运动方程的解耦21-22
• 2.2.2 运动方程的配平22
• 2.2.3 运动方程的线性化22-23
• 2.3 无人机运动方程23-26
• 2.4 小结26-27
• 3 自动着陆的品质要求和下滑轨迹的设计27-35
• 3.1 自动着陆的特点及基本性能要求27-28
• 3.1.1 无人机进场着陆期间的特点27
• 3.1.2 姿态角自主控制系统的精度及瞬态响应要求27-28
• 3.2 无人机的纵向静安定性28-30
• 3.3 自动着陆的总体结构30-31
• 3.3.1 进场飞行段30-31
• 3.3.2 轨迹捕获段31
• 3.3.3 直线下滑段31
• 3.3.4 末端拉起段31
• 3.3.5 地面滑行段31
• 3.4 下滑轨迹设计31-34
• 3.4.1 下滑轨迹描述31-32
• 3.4.2 直线下滑段轨迹设计32-33
• 3.4.3 末端拉平段轨迹设计33-34
• 3.5 小结34-35
• 4 基于 PID和模糊控制自动着陆控制律设计35-49
• 4.1 自动着陆的PID控制律设计35-38
• 4.1.1 姿态控制回路35-37
• 4.1.2 高度控制回路37-38
• 4.2 自动着陆自调整模糊控制器的设计38-42
• 4.2.1 模糊控制方法在着陆控制中的应用38
• 4.2.2 基于切换比例因子的自调整模糊控制方法38-40
• 4.2.3 纵向模糊控制系统的设计40-42
• 4.3 PID控制和模糊控制性能对比42-46
• 4.3.1 PID控制仿真42
• 4.3.2 模糊控制仿真42-43
• 4.3.3 PID与模糊控制仿真结果对比43-46
• 4.4 自动着陆的鲁棒性验证46-48
• 4.5 小结48-49
• 5 基于混合H_2/H_∞鲁棒自动着陆控制律设计49-62
• 5.1 无人机纵向控制模型49-50
• 5.2 自动着陆不确定外部干扰的抑制50-53
• 5.2.1 H_∞线性状态反馈控制器的设计50-51
• 5.2.2 不确定外部干扰响应曲线51-53
• 5.3 自动着陆白噪声干扰的抑制53-56
• 5.3.1 H_2线性状态反馈控制器的设计53-54
• 5.3.2 白噪声干扰响应曲线54-56
• 5.4 自动着陆混合H_2/H_∞鲁棒控制56-61
• 5.4.1 混合H_2/H_∞鲁棒控制器的设计56-58
• 5.4.2 混合H_2/H_∞与H_2控制性能对比58-61
• 5.5 小结61-62
• 6 总结与展望62-64
• 6.1 本文的主要工作62
• 6.2 后续研究工作展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 常勇;吴庆宪;张立珍;姜长生;;基于MAS的无人机纵向飞行控制[J];电光与控制;2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 胡浩;无人机进场着陆/地面滑跑控制与仿真[D];电子科技大学;2011年

2 宋辉;复杂条件下无人机自动着陆控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

3 王树磊;无人机自动起降控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

4 杨学光;具有终值条件的无人机三维路径规划算法研究[D];西安电子科技大学;2010年

5 季丽丽;轮式无人机自主着陆控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

6 胡占双;无人机飞行姿态检测及控制研究[D];沈阳航空航天大学;2013年

7 刘婕;无人机多模态控制律的设计及仿真验证[D];电子科技大学;2013年

  本文关键词：无人机自动着陆纵向控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：316668