尾坐式飞行器建模技术与控制系统研究

发布时间：2024-01-17 08:01

　　传统固定翼无人机受起降设施限制,旋翼无人机续航时间短,尾坐式无人机融合了两者的优势,既能进行垂直起降,又能拥有水平巡航能力,具有较长的续航时间。尾坐式无人机在国内外已受到广泛关注,在军用和民用领域都有很高的研究价值。尾坐式飞行器飞行过程中具有三种典型的飞行状态:垂向飞行状态、过渡转换飞行状态和水平巡航飞行状态。本文开展了尾坐式飞行器在不同飞行状态条件下的数学模型搭建和控制器设计相关研究。由于尾坐式飞行器控制的难点在于特殊的飞行模式和过渡过程,水平巡航模式与固定翼飞行器相同,因此本文主要针对前两种飞行模式进行研究。首先对尾坐式飞行器的构型和原理进行分析,建立了基于垂向欧拉角和水平欧拉角的尾坐式飞行器数学模型,避免了在垂向飞行模式下水平欧拉角的奇异性;将垂向飞行模式下的数学模型进行解耦化简,设计高度和姿态PID控制器,并进行仿真验证。其次,对尾坐式飞行器过渡转换飞行状态建立了以航迹角为调度参数的LPV模型。使用基于增益调度的方法,在过渡转换过程中选取一组工作点作为增益调度切换工作点,在每个工作点上分别使用LQR和混合灵敏度方法设计局部控制器,将这些局部工作点以航迹角作为调度参数建立增益调度...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状分析
    1.3 尾坐式飞行器建模与控制算法研究现状
    1.4 本文主要内容及章节安排
第二章 尾坐式飞行器飞行原理分析及其建模
    2.1 坐标系定义
    2.2 尾坐式飞行器结构
    2.3 飞行器数学模型及其仿真模型搭建
        2.3.1 尾坐式飞行器数学模型
        2.3.2 尾坐式飞行器非线性仿真模型
    2.4 数学模型的解耦以及线性化
    2.5 本章小结
第三章 垂向飞行模式下的高度控制器设计
    3.1 垂向欧拉角模型控制回路解耦
    3.2 垂向飞行高度控制器设计仿真
    3.3 本章小结
第四章 基于增益调度技术的过渡转换控制器设计
    4.1 过渡转换飞行的过程以及建模
        4.1.1 非线性模型
        4.1.2 线性变参数模型
    4.2 增益调度LQR过渡转换控制器设计
        4.2.1 增益调度LQR过渡控制器设计
        4.2.2 增益调度LQR过渡控制仿真
    4.3 增益调度H∞混合灵敏度控制器设计
        4.3.1 系统灵敏度
        4.3.2 混合灵敏度过渡控制器设计
        4.3.3 增益调度混合灵敏度过渡控制器垂平过渡仿真
    4.4 本章小结
第五章 基于保护映射理论的过渡转换控制器设计
    5.1 保护映射理论简介
    5.2 保护映射计算的相关数学工具
    5.3 保护映射的定义及性质
    5.4 基于保护映射理论的矩阵集稳定性分析
    5.5 应用保护映射的单调度变量系统控制器设计算法
    5.6 基于保护映射的H∞控制器设计
    5.7 控制器仿真验证
    5.8 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 后续研究展望
参考文献
附录
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3879178