小型无人机控制律设计及仿真研究

发布时间：2017-04-28 06:13

  本文关键词：小型无人机控制律设计及仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 无人机在军事和民用领域具有广泛的应用价值,已经引起国内外各研究机构的高度重视,纷纷对无人机相关技术进行研究,飞行控制系统是无人机能够安全飞行的基本前提。因此,研究无人机的自主飞行控制技术具有十分重要的现实意义。 本文的研究对象为某模型飞机,首先根据牛顿第二定理和坐标变换,并运用Aerosim仿真工具箱,建立无人机的simulink仿真模型,包括力方程组、运动方程组、力矩方程组和导航方程组模型以及气动力计算模块和风的干扰模型;其次,在典型状态点配平模型的基础上依据小扰动原理对非线性模型进行线性化,从而得到状态空间描述的纵向和横侧向线性化模型,实现模型降阶,为控制律设计提供了模型基础;再次,分析了LQR如何改进以便能够进行飞行控制律设计,并采用输出反馈线性二次最优技术分别设计了纵向姿态保持和高度保持回路控制律,横侧向倾斜姿态保持和航向保持回路控制律,仿真结果表明,控制律具有良好的良好的动态品质和跟踪性能;随后,提出了基于DSP56F807为核心的自动驾驶仪方案,完成了主要元器件的选型和部分底层驱动程序的开发;最后,利用OpenGL的API开发技术,结合VC++的MFC开发了一个简单的无人机三维动画软件,这样,simulink模型通过RS232串口与自动驾驶仪相连,并通过UDP/IP网络协议与三维动画软件进行通信,从而构成了硬件在环的仿真平台,该平台可以非常直观方便的验证控制律效果,可帮助设计人员提高效率。
【关键词】：无人机 飞行控制 线性二次最优 自动驾驶仪 半实物仿真
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 国内外无人机发展概述8-9
• 1.2 飞行控制系统研究与应用现状9-12
• 1.2.1 飞行控制设计方法分析9-11
• 1.2.2 小型无人机自动驾驶仪研究概况11-12
• 1.3 研究目的和主要研究内容12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 小型无人机动力学模型14-29
• 2.1 假设条件14
• 2.2 小型无人机空间运动的表示14-17
• 2.2.1 建模所用各种坐标系定义14-16
• 2.2.2 飞行状态参数简介16-17
• 2.3 小型无人机非线性模型的建立17-21
• 2.3.1 无人机所受力和力矩分析17-19
• 2.3.2 六自由度非线性模型19-21
• 2.4 气动导数的计算21-24
• 2.5 小型无人机模型配平及线性化24-28
• 2.5.1 小型无人机平衡点的配平25-26
• 2.5.2 小型无人机解耦线性化26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 小型无人机控制律设计29-51
• 3.1 无人机开环特性分析29-31
• 3.1.1 设计状态点29-30
• 3.1.2 稳定性分析30-31
• 3.2 控制律设计方法基础31-38
• 3.2.1 控制策略分析32
• 3.2.2 线性二次最优控制理论基础32-38
• 3.3 纵向控制律分析和设计38-44
• 3.3.1 俯仰角姿态保持控制律38-41
• 3.3.2 高度控制回路41-44
• 3.4 横侧向控制律的分析和设计44-50
• 3.4.1 倾斜姿态保持/控制模态45-46
• 3.4.2 荷兰滚阻尼回路设计46-47
• 3.4.3 航向保持/控制模态控制律设计47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 小型无人机飞行控制系统软硬件设计51-65
• 4.1 小型无人机飞行控制系统对控制器的要求51
• 4.2 系统构成51-52
• 4.3 控制器硬件方案设计52-53
• 4.4 传感器选型53-56
• 4.5 软件设计56-64
• 4.5.1 Metrowerks CodeWarrior集成开发环境简介56
• 4.5.2 串口通信程序设计56-57
• 4.5.3 ADC数据采集程序57-59
• 4.5.4 舵机控制信号PWM程序59-60
• 4.5.5 GPS信号提取程序设计60-62
• 4.5.6 加速度信号的提取62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 可视化仿真系统研究65-75
• 5.1 可视化仿真平台框架65-66
• 5.2 无人机虚拟现实软件的实现66-70
• 5.2.1 开发工具的选择66
• 5.2.2 主要功能的实现和关键技术66-70
• 5.3 数据链路与多线程技术70-72
• 5.3.1 MATLAB下串口通信设计70-71
• 5.3.2 UDP网络通信接口设计71-72
• 5.4 simulink仿真模型72-73
• 5.5 三维动画仿真73-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第六章 全文总结与展望75-77
• 参考文献77-80
• 附录1 无人机模型基本参数80-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间主要的研究成果82

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王跃;姚新宇;;基于T-S模型的无人机模糊控制器[J];兵工自动化;2009年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 石\~;微小型无人机电机驱动设计及飞行姿态仿真[D];北京交通大学;2011年

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4 李欣;小型无人机简化配置控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

5 陈小昆;无人机纵向气动布局与控制系统优化设计研究[D];国防科学技术大学;2011年

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7 谷新宇;微小型无人机飞行控制系统的设计与实现[D];国防科学技术大学;2010年

8 杨玉蕾;民机自动飞行系统工作模式研究[D];南京航空航天大学;2012年

9 李海泉;小型无人机飞行力学建模及虚拟训练平台的建立[D];南京航空航天大学;2012年

10 朱雯雯;轮式起降无人机全包线控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

  本文关键词：小型无人机控制律设计及仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：332294