某型无人机飞行控制器的设计与仿真

发布时间：2017-09-20 01:11

  本文关键词：某型无人机飞行控制器的设计与仿真

  更多相关文章： 无人机 数学模型 控制器 自主控制

【摘要】：近年来随着科学技术的发展,无人机产业发展迅猛,在航拍、地理勘测、森林灭火、农药喷洒、通讯中继以及局部战争等领域中越来越多的出现无人机的身影。对无人机的飞行进行良好的控制是保证其完美完成任务的前提,因此针对特定飞机,设计性能优良的控制器是必不可缺的一个重要课题。本课题针对局部战争环境的复杂性,选择了一款能够适用于配合单兵作战的小型无人机,其可以用来侦查敌情或自杀性袭击等。为士兵占据战场优势提供必要支持。本文首先研究了无人机的发展现状、了解了无人机的发展趋势、综合分析了现有的飞行控制方法,为设计无人机飞行控制器提供参考。然后运用飞行力学以及空气动力学原理建立了无人机的数学模型,运用MATLAB软件对建立的无人机数学模型做了线性化处理,最后得出无人机的状态空间方程,为无人机飞行控制器的设计做好准备。由于所研究的无人机为面对称型无人机,其横向运动与纵向运动之间的耦合度很小,可以分开来设计控制器,因此在第三章、第四章分别针对无人机的这两种运动状态设计控制器,首先分别分析了这两种运动的自然特性,然后针对其自然特性,运用逐环闭合的方法逐级设计经典控制器,以国军标为标准,证明了所设计控制器的可行性,最后为了进一步提高无人机的飞行性能,探索了一种智能控制方法,并对这两种控制方法的控制效果进行了比较。最后运用前面所设计的控制器进行了无人机自主性飞行研究,由于直线与圆是组成复杂飞行航迹的元素,因此本章主要分析了无人机的直线轨迹自主跟踪控制与圆圈航迹自主跟踪控制。由于本章所应用的是无人机的非线性模型,因此通过仿真图,同时可以从侧面证明横向与纵向运动解耦的飞机,分开来设计其控制器的可行性。
【关键词】：无人机 数学模型 控制器 自主控制
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 无人机发展概述8-11
• 1.1.1 概述8
• 1.1.2 无人机的特点8-10
• 1.1.3 国外研究状况10
• 1.1.4 国内研究状况10-11
• 1.1.5 未来无人机的发展趋势11
• 1.2 无人机飞控发展概述11-12
• 1.2.1 概述11-12
• 1.2.2 国内外研究现状12
• 1.3 论文研究方案12-13
• 1.4 论文研究内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第2章 无人机建模15-34
• 2.1 常用坐标系及其坐标转换15-20
• 2.1.1 几种常用坐标系15-17
• 2.1.2 坐标转换矩阵17-18
• 2.1.3 向量的微分阵18-20
• 2.2 运动学模型20-25
• 2.2.1 状态变量20
• 2.2.2 运动学20-21
• 2.2.3 刚体动力学21-25
• 2.3 力与力矩25-29
• 2.3.1 重力25-26
• 2.3.2 气动力及力矩26
• 2.3.3 纵向空气动力学26-28
• 2.3.4 横向空气动力学28
• 2.3.5 推力及其力矩28-29
• 2.4 线性化模型29-33
• 2.4.1 配平29-30
• 2.4.2 线性模型30-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章无人机纵向控制器设计34-56
• 3.1 经典控制理论概述34
• 3.2 无人机纵向特性分析34-37
• 3.3 纵向控制器设计37-47
• 3.3.1 逐环闭合设计原理37
• 3.3.2 飞机控制逻辑37-38
• 3.3.3 无人机舵回路38
• 3.3.4 纵向控制律设计38-47
• 3.4 模糊控制器设计47-55
• 3.4.1 模糊控制概述47-48
• 3.4.2 模糊控制器类型48
• 3.4.3 模糊控制在纵向控制中的应用48-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第4章 无人机横向控制器设计56-75
• 4.1 无人机横向特性分析56-59
• 4.2 横向控制器设计59-66
• 4.2.1 滚转控制回路59-62
• 4.2.2 航向控制回路62-65
• 4.2.3 侧向航迹控制回路65-66
• 4.3 横向模糊控制器设计66-71
• 4.3.1 模糊控制规则66-68
• 4.3.2 模糊控制器仿真68-71
• 4.4 协调转弯控制71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第5章 无人机自主控制器设计75-83
• 5.1 无人机自主飞行控制75-82
• 5.1.1 直线跟踪控制律设计75-79
• 5.1.2 圆圈跟踪控制律设计79-82
• 5.2 本章小结82-83
• 第6章 总结与展望83-86
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-88
• 发表论文和参加科研情况说明88-89
• 致谢89-90

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本文编号：885004