小型无人机动态撞网技术研究

发布时间：2017-10-08 18:32

  本文关键词：小型无人机动态撞网技术研究

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【摘要】：无人机动态撞网回收是一种不受场地限制的回收方式,适合在移动的舰船上使用。由于海况复杂,回收区域受限、控制等级高等因素给舰载机回收控制提出了诸多挑战,因此如何引导无人机以合理的飞行姿态和速度飞向拦截网的中心区域是当下亟需解决的关键技术问题。本论文以某无人机为被控对象,设计合理的撞网回收轨迹线,以及控制精度高、鲁棒性强的制导律和控制律。论文首先建立典型舰船的运动模型,定量分析舰船航行运动和扰动运动对理想回收点的影响;通过建立样例无人机非线性模型,分析其基本性能、机动性能和操纵性能,选取无人机典型工作点,给出机动飞行能限范围,为回收轨迹线、制导律和控制律设计提供理论依据。借鉴有人舰载机的着舰机制,结合样例无人机的性能和特点,设计集状态调整段、比例导引段以及末端运动补偿段为一体的回收轨迹线方案。采用比例导引方法,提出一种基于无人机位置变化速率的制导律,削弱无人机控制律对舰船运动的敏感性,满足样例无人机快速、准确的撞网要求。本文应用鲁棒自适应控制理论,设计以H?为被控变量的高度控制器、以?和?为被控变量的航迹跟踪控制器,满足动态撞网过程对控制器鲁棒性、控制精度的要求。为削弱舰船沉浮运动对回收精度的影响,设计运动补偿网络,提高了控制律的动态响应能力,改善了无人机在舰船运动频段范围内的跟踪精度。最后,在Matlab环境下搭建样例无人机六自由度非线性模型和舰船模型构成的数值仿真环境,考核模型参数不确定性、外界风扰动、舰船沉浮运动以及舰船航行速度等因素对无人机撞网的影响。仿真结果表明:所设计的轨迹线、制导律、控制律能够快速、稳定、准确的实现撞网回收,满足设计要求。
【关键词】：撞网回收 轨迹线 比例导引 制导律 控制律 鲁棒伺服 运动补偿网络
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 课题研究背景与意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-25
• 1.2.1 无人机回收研究现状17-20
• 1.2.2 撞网回收的研究现状20-22
• 1.2.3 导弹制导技术研究现状22-23
• 1.2.4 无人机飞行控制律研究现状23-25
• 1.3 课题研究内容与关键技术25-26
• 1.4 论文章节安排26-28
• 第二章 对象建模与特性分析28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 舰船运动建模28-32
• 2.2.1 舰船几何模型28-29
• 2.2.2 舰船的航行运动29
• 2.2.3 舰船的扰动运动29-32
• 2.3 样例无人机建模32-36
• 2.3.1 对象描述32-33
• 2.3.2 坐标系33-34
• 2.3.3 力和力矩计算34-35
• 2.3.4 动力学和运动学模型35-36
• 2.4 对象特性分析36-40
• 2.4.1 基本性能分析37-38
• 2.4.2 机动性能分析38
• 2.4.3 操纵性能分析38-39
• 2.4.4 运动模态分析39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 撞网回收轨迹线设计41-49
• 3.1 引言41
• 3.2 有人舰载机回收过程分析41-42
• 3.3 撞网回收过程方案设计42-45
• 3.3.1 撞网回收过程阶段划分43-45
• 3.3.2 撞网回收过程制导与控制策略45
• 3.4 撞网回收末端轨迹线设计45-48
• 3.4.1 比例导引段轨迹线设计45-47
• 3.4.2 比例导引段参数设计47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 撞网回收制导律设计49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 拦截网与无人机的相对运动关系49-50
• 4.3 比例导引规律特性分析50-57
• 4.3.1 比例导引法的基本原理50-52
• 4.3.2 比例导引下的直线轨迹条件52-53
• 4.3.3 比例导引下的需用法向过载53-56
• 4.3.4 比例导引系数的选择范围56-57
• 4.4 回收末端制导律设计57-60
• 4.4.1 纵向制导律设计58-59
• 4.4.2 横侧向制导律设计59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 撞网回收控制律设计61-91
• 5.1 引言61
• 5.2 鲁棒自适应控制原理介绍61-68
• 5.2.1 RSLQR控制原理61-64
• 5.2.2 L_1自适应控制原理64-68
• 5.3 纵向控制器设计68-75
• 5.3.1 高度跟踪控制律设计68-73
• 5.3.2 高度跟踪制导律设计73-74
• 5.3.3 速度闭环控制器设计74-75
• 5.4 横侧向控制器设计75-87
• 5.4.1 无人机抵抗侧风能力分析75-76
• 5.4.2 荷兰滚阻尼控制器设计76-77
• 5.4.3 航向校准控制器设计77-79
• 5.4.4 侧向航迹跟踪控制器设计79-87
• 5.5 纵向运动补偿器设计87-90
• 5.6 本章小结90-91
• 第六章 飞行仿真验证91-103
• 6.1 引言91
• 6.2 控制器鲁棒性验证91-100
• 6.2.1 模型参数对控制器的影响91-95
• 6.2.2 外界风干扰对控制器的影响95-100
• 6.3 舰船沉浮运动补偿验证100-101
• 6.4 舰船航行速度对回收精度的影响101-102
• 6.5 本章小结102-103
• 第七章 总结与展望103-106
• 7.1 论文主要工作内容总结103-104
• 7.2 论文后续工作展望104-106
• 参考文献106-111
• 致谢111-112
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文112

【参考文献】

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本文编号：995631