无人机机动飞行的模型预测控制

发布时间：2021-08-04 00:37

　　自然界的鸟类能够从平飞状态迅速减速,最终栖落在树枝或其它目标位置。如果固定翼无人机能模仿鸟类这种降落方式,即在平飞时将迎角拉大达到过失速状态、实现快速减速、最终精确降落在指定位置,则能实现无跑道降落,从而扩展固定翼无人机的应用场景。固定翼无人机的这种降落方式称为栖落机动（Perching Maneuver）。本文主要基于模型预测控制理论研究固定翼栖落机动的飞行控制问题。首先,建立了固定翼无人机栖落机动的分段线性模型。设计了无人机栖落机动优化参考轨迹,将飞行器栖落机动控制问题转化为优化轨迹的跟踪控制问题。基于轨迹线性化将无人机纵向非线性动力学模型转化为线性变参数模型,并建立了分段线性模型。然后,针对栖落机动的标称分段线性模型,研究了基于终端约束集的预测控制方法。利用切换系统等效无人机栖落机动的分段线性模型,对无人机栖落机动切换系统设计基于终端等式约束的预测控制器。针对该控制器在实际应用中保守性太强的缺点进行了改进,放宽末端约束条件,设计了基于终端约束集的模型预测控制器,并分析了整个切换系统的稳定性。其次,针对存在外部风扰动的情况,研究了栖落机动的鲁棒预测控制。引入非线性系统张量积建模法,... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

鹰的飞行姿态现在，无人机在外形多变且体积越来越小，材料更轻更便宜，续航能力更久

图 1.2 珠海航展上歼-10B 完成普加乔夫眼镜蛇机动战斗机来说，过失速机动能够扩展飞机的飞行包线，提高空战效率，然而过失速型战斗机，在无人机上也能够实现。上背景之下，研究人员仔细观察鸟类的机动飞行，希望能够通过模仿鸟类的栖落决固定翼无人机在降落方面的不足。栖落机动就是指鸟类迅速从快速平飞状态过动，实现快速减速，最终栖落在树枝或其它指定位置的动作过程[4]。在鸟类栖落，无人机也可以模仿这种过程，在平飞时快速将迎角拉大，达到过失速状态，实最终精确降落在指定位置。上栖落机动与失速机动息息相关。栖落机动也会经历失速的过程，当飞行器的迎失速迎角，进入失速禁区之后，飞行器会产生诸多问题。在过失速的状态下，飞会变得很复杂，系统结构、控制方法以及设计过程也会与常规状态下的系统有很，当无人机完成栖落机动动作时，必须要考虑到飞行器的失速问题。主要研究无人机栖落机动的轨迹跟踪控制问题。研究对象为实验室制作的适用于型固定翼无人机。基于优化的栖落机动参考轨迹，对无人机纵向非线性模型进行基于预测控制与切换系统理论，研究无人机在不同的初始条件和外部扰动下的栖

四旋翼具有可以任意位置悬停的性能，因此理论上可以在任意位置上实现栖落，利用大迎角的机动方式可以使得四旋翼的机动性能进一步提高。图1.3给出了近20年来各类无人机栖落机动研究成果。图 1.3 近 20 年来各类无人机栖落机动研究成果

【参考文献】：
期刊论文
[1]超机动性技术及其战术优势探讨[J]. 曲东才.  飞机设计. 2006(01)
[2]机动飞机的发展前景[J]. 严仁达.  飞机设计. 2003(03)
[3]具有m个开关系统的渐近稳定性[J]. 刘玉忠,赵军.  控制理论与应用. 2001(05)
[4]预测控制的研究现状和多层智能预测控制[J]. 席裕庚,许晓呜,张钟俊.  控制理论与应用. 1989(02)

博士论文
[1]变体飞行器基础控制问题研究[D]. 何真.南京航空航天大学 2009



本文编号：3320635