无人机飞行PID控制及智能PID控制技术研究

发布时间：2017-05-20 07:49

  本文关键词：无人机飞行PID控制及智能PID控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人驾驶飞机(UAV)广泛的应用价值、尤其是在军事上的重要性已经得到国内外的高度重视，而无人机飞行控制系统是无人机能够安全、有效地完成复杂战术／战略使命的基本前提，因此迫切需要加强该领域的研究工作。 本文主要利用常规PID控制和智能PID控制的理论来研究无人机飞行控制律的设计。 首先，建立无人机对象模型。在前苏联体制下，建立无人机六自由度十二阶非线性微分方程，并对模型进行线性化，得到无人机的纵向和侧向线性化方程。 接着，介绍了所采用的常规PID和智能PID控制的思路和方法，以及如何将智能PID应用于无人机飞行控制律设计。 然后，针对纵向控制系统，研究了其组成和控制方案，分别用常规PID和智能PID方法设计了纵向俯仰姿态保持、高度保持模态的控制律，并对两种控制方法的控制效果进行了对比。 最后，针对横侧向控制系统，研究了其组成和控制方案，用常规PID控制方法分别设计了倾斜姿态保持／控制模态、航向保持／控制模态及协调转弯控制模态的控制律。 大量的仿真结果表明，本文设计的无人机常规PID控制律是有效的，设计的智能PID控制律也显示出其优越性。
【关键词】：无人机 常规PID 智能PID 飞行控制 纵向控制 横侧向控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：V249
【目录】：

• 1 绪论7-11
• 1.1 研究背景、目的及意义7-8
• 1.2 无人机飞行控制的发展和现状8-10
• 1.3 本课题的主要任务10-11
• 2 无人机模型的建立11-26
• 2.1 假设条件11
• 2.2 各种坐标系、飞机运动参数及操纵机构11-14
• 2.2.1 各种坐标系11-13
• 2.2.1.1 地面坐标系AX_dY_dZ_d11-12
• 2.2.1.2 机体坐标系OX_tY_tZ_t12
• 2.2.1.3 速度坐标系(气流坐标系)OX_qY_qZ_q12-13
• 2.2.2 飞机运动参数13-14
• 2.2.2.1 姿态角13
• 2.2.2.2 向量与机体坐标系的关系13
• 2.2.2.3 飞机速度向量与地面坐标系的关系13-14
• 2.2.3 控制量与被控量14
• 2.3 苏联体制下十二阶非线性模型的建立过程14-19
• 2.3.1 动力学方程组14-16
• 2.3.2 通过坐标变换确定的运动学方程组16-19
• 2.3.2.1 角位置运动学方程组16
• 2.3.2.2 线位置的运动学方程组16-19
• 2.4 无人机动力学／运动学方程的线性化19-23
• 2.4.1 完整的侧向原始微分方程19
• 2.4.2 侧向运动方程式的线性化19-22
• 2.4.3 线性化侧向运动方程式的状态空间表达式22-23
• 2.4.4 线性化纵向运动方程式的状态空间表达式23
• 2.5 英美体制下飞机的数学模型23-25
• 2.6 本章小结25-26
• 3 常规PID到智能PID的思路和方法26-35
• 3.1 常规PID控制26-28
• 3.2 常规PID控制器参数整定方法28-29
• 3.2.1 临界比例度法28
• 3.2.2 衰减曲线法28-29
• 3.3 非线性智能PID控制的设计思想29-32
• 3.3.1 专家式智能PID控制31
• 3.3.2 智能PID自学习控制系统31
• 3.3.3 神经网络PID控制31
• 3.3.4 模糊PID控制31-32
• 3.3.5 本文所研究的智能PID的特点32
• 3.4 无人机智能PID控制算法设计的思路32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 纵向控制律的分析与设计35-50
• 4.1 飞行控制系统结构分析35-36
• 4.1.1 飞行控制系统模态36
• 4.2 纵向控制系统的设计方案36-37
• 4.2.1 设计方案36-37
• 4.3 俯仰姿态保持模态下的常规PID和智能PID控制律设计37-46
• 4.3.1 俯仰姿态控制结构37-38
• 4.3.2 常规PID和智能PID飞行控制律设计思路38-39
• 4.3.2.1 常规PID飞行控制律设计思路38-39
• 4.3.2.2 智能PID飞行控制律设计思路39
• 4.3.3 低空俯仰角保持的控制律设计39-43
• 4.3.4 高空俯仰角保持的控制律设计43-44
• 4.3.5 高高空俯仰角保持的控制律设计44-46
• 4.4 高度保持／控制模态控制律的设计和仿真46-49
• 4.4.1 控制结构和控制策略46-47
• 4.4.2 常规PID和智能PID控制律的设计和对比47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 横侧向控制律的分析和设计50-59
• 5.1 横侧向控制系统的组成和设计方案50
• 5.2 倾斜姿态保持／控制模态50-52
• 5.3 航向保持／控制模态控制律设计52-55
• 5.4 协调转弯55-58
• 5.5 本章小结58-59
• 结束语59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-62

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 黄健;王维军;;某STOL飞翼降落动态特性分析及控制律设计[J];硅谷;2012年16期

2 余永平;;基于模糊PID控制的无人机高度控制模态仿真[J];飞机设计;2013年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐永旺;无人机自动驾驶仪设计及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 叶水根;某型无人机空中阶段控制律设计与仿真[D];电子科技大学;2011年

3 郑成;翼伞飞行运动建模与翼伞空投控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

4 曲磊;小型无人搜救飞艇的控制系统研究[D];山东科技大学;2011年

5 倪恒;室内飞艇综合检测与参数标定系统研究[D];沈阳航空航天大学;2011年

6 谢岚;高空长航时无人机飞行控制系统设计[D];湖南大学;2011年

7 邵义龙;武装直升机对地攻击关键技术研究[D];南京航空航天大学;2006年

8 李良;无人直升机飞行控制方法及GPS应用研究[D];中国农业机械化科学研究院;2006年

9 周向阳;小型无人直升机控制系统仿真平台的研究[D];广东工业大学;2008年

10 戴世通;无人机飞行可视化仿真系统设计[D];西安理工大学;2008年

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本文编号：380951