基于神经网络的固定翼无人机机动飞行控制

发布时间：2021-08-29 09:40

　　固定翼无人机的机动飞行使其具备更高的灵活性,能够在复杂的环境中快速跟踪移动目标,有助于躲避攻击,可以极大地提高无人机的作战能力和生存能力。在特技飞行表演、退役战斗机的智能无人化改造和有人-无人编队飞行等任务中具有广泛的需求与应用。其中,飞行控制是实现无人机可靠机动飞行的基础,也是该领域的研究重点。但是,传统的控制框架主要是为了实现平稳飞行,对于机动飞行中面临的非线性、强耦合控制、欧拉角奇异、复杂机动动作生成等问题存在很大不足。本文针对无人机战术机动需求,设计了固定翼无人机机动飞行姿态控制器和机动指令生成器,开发了无人机机动飞行仿真系统,并进行了仿真验证。主要研究内容如下:（1）设计了一种基于神经网络和四元数的自适应动态逆姿态控制器。首先,建立了固定翼无人机的非线性模型,在此基础上实现了风轴系和体坐标系下的动态逆控制,并进行了稳定性证明;然后,针对大机动动作下欧拉角的奇异问题提出了四元数动态逆的控制方案;针对飞行器建模误差、机动动作下扰动等因素进行了神经网络补偿;最后,通过仿真实验证明了该控制器可以在机动动作下实现姿态的准确跟踪。（2）将长短时记忆网络（LSTM）应用于无人机的机动动作实... 

【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

特技

国防科技大学研究生院硕士学位论文第4页(a)波音公司改造的QF-16无人机(b)歼6战斗机无人化改造图1-3战斗机无人化改造退役战斗机的智能无人化改造不但可以解决退役歼击机的处理问题，而且二次利用，改装成智能化无人化的更加机动灵活的无人战斗机，可以创造巨大的军事效益。（3）无人机与有人驾驶战斗机编队飞行执行任务。近些年来，无人机和有人驾驶战斗的编队飞行试验在不断尝试，具有机动飞行控制能力的自动驾驶仪使得无人机能够更好地发挥其自身的强机动性飞行能力，大大提高了其使用价值，图1-4展示了部分有人/无人协同飞行测试。2014年3月20日，“神经元”无人机与“阵风”战斗机和猎鹰公务机在沿法国南部海岸编队飞行数百公里，时长近两个小时，此次飞行系“神经元”无人机首次与有人机编队飞行。2016年8月17日，X-47B无人机在航母上完成了一系列飞行操作试验，与F/A-18“大黄蜂”有人机进行了的协同飞行试验。其中有人机与无人机相继以相同的模式进行飞行实验操作，分别对起飞、顺风飞行、转向航母背面、着舰、折叠机翼等多个项目进行了飞行试验，试验了无人机安全起降的能力[5]。(a)神经元无人机与阵风战斗机"编队飞行(b)X-47B与F/A-18协同飞行测试图1-4有人-无人协同飞行（4）机动飞行在战术上的其他应用机动飞行在战场具备很多应用。使得无人机可以在复杂环境中跟踪、打击快速移动目标，如通过机动飞行快速地改变无人机的航向或速度，从而锁定跟踪目标并

有人-无

【参考文献】：
期刊论文
[1]深度学习在控制领域的研究现状与展望[J]. 段艳杰,吕宜生,张杰,赵学亮,王飞跃.  自动化学报. 2016(05)
[2]飞行器控制律设计方法发展综述[J]. 王美仙,李明,张子军.  飞行力学. 2007(02)

博士论文
[1]静不稳定飞翼无人机机动飞行控制技术研究[D]. 杨艺.南京航空航天大学 2015
[2]基于非线性动态逆方法的飞机控制律设计与应用研究[D]. 李导.西北工业大学 2015
[3]飞行器战术机动动作最优航迹控制模型研究[D]. 刘瑛.天津大学 2014

硕士论文
[1]飞行器栖落机动飞行轨迹优化与控制[D]. 李达.南京航空航天大学 2017
[2]基于逆模型的飞翼无人机飞行控制技术研究[D]. 赵塞峰.南京航空航天大学 2016
[3]基于神经网络的飞行器系统辨识方法研究[D]. 黄睿.西北工业大学 2002



本文编号：3370409