基于自抗扰控制的涵道无人机控制分配研究

发布时间：2021-09-19 01:31

　　涵道风扇式无人机是一种冗余配置操纵面的无人飞行器,其控制系统设计需要解决的问题之一是如何将控制律分配到冗余的操纵面中执行,即控制分配问题。在涵道风扇式无人机的控制分配环节,控制律将作为期望力矩,控制分配算法根据期望力矩求解一组操纵面指令,使得所有操纵面产生的驱动力矩尽可能等于期望力矩。对于本文研究的一类涵道风扇式无人机——单涵道无人机和双涵道无人机,其控制分配问题通常使用伪逆法求解,然而伪逆法不能对任意可达的期望力矩都返回容许控制,使冗余的操纵面牺牲了部分控制能力。在多操纵面飞行器的控制系统设计中,控制分配器和控制器密切相关,控制分配器是控制器的下一环节。本文针对一类涵道风扇式无人机设计了自抗扰控制器进行姿态控制,并在此基础上重点讨论了两种涵道无人机的控制分配问题:对单涵道无人机,为了既能对所有可达的期望力矩返回容许控制,又能对不可达的期望力矩做进一步的优化,本文提出一种优先级控制分配方法。该方法先对期望力矩进行矢量分解并划分优先级,再求解约束最优化问题得到容许控制。相比于伪逆法,所提出的方法可对更大范围的期望力矩返回容许控制,而且当期望力矩不可达时,可以防止系统因执行器饱和而产生输出... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

单涵道风扇式无人机

华南理工大学硕士学位论文第二章涵道风扇式无人机建模本章首先针对如图2-1所示的单涵道风扇式无人机进行建模，然后简单介绍如图2-2所示的双涵道，及其在悬停点附近的气动力和力矩的数学模型。在建模过程中将飞行器视为刚体，利用常规的飞行器建模方法，推导其六自由度运动方程。该方程描述了所研究的涵道风扇式无人机的飞行动力学，借助MATLAB/Simulink软件实时求解该方程，可以模拟飞行器对给定输入的响应。运动方程的数学表达式是根据特定的坐标系建立的，本章首先介绍建模所需的坐标系，将飞行器的平移运动和旋转运动参数化。其次，根据牛顿-欧拉法建立描述飞行器行为的微分方程。最后，分别对单、双涵道，分析所受的气动力和力矩。图2-1单涵道风扇式无人机图2-2双涵道风扇式无人机2.1坐标系定义及运动方程2.1.1坐标系定义涵道风扇式无人机的六自由度运动包括平移和旋转运动，为方便描述，引入如下坐标系：1)地理坐标系XnYnZn地理坐标系的原点O定义为无人机的起飞点，与起飞点固连，在导航中将其作为惯性参考系。其OXn轴指向当地的正北方向，OYn轴指向正东方向，OZn轴垂直地面向下。又称“北东地（NED）”坐标系。8

被控对象simulink

【参考文献】：
期刊论文
[1]Flight dynamics modeling of a small ducted fan aerial vehicle based on parameter identifcation[J]. Wang Zhengjie,Liu Zhijun,Fan Ningjun,Guo Meifang.  Chinese Journal of Aeronautics. 2013(06)



本文编号：3400738