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无人机增益调参飞行控制律设计

作　者: 杨兴廷
导　师: 代冀阳
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 增益调参 无人机 多胞型 参数依赖模型 Lyapunov 线性矩阵不等式
分类号: V279
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


无人机在民用和军用上的不断扩大，使得无人机不断向着速度更快、气动特性更加复杂、性能更加优越的方向发展，由此形成的无人机在大空域的机动飞行是一个强耦合、强非线性时变系统，某一固定参数的控制器就很难保证无人机控制系统的全局良好性能，因此，增益调参控制律设计思想成为比较理想的飞控解决手段。然而，随着对控制器要求的不断提高，如何利用增益调参设计合理有效的控制系统，在工程应用和理论研究上还需要进一步探求新的思路。本文立足于传统的增益调参方法，对其特点、实现过程进行了总结，将无人机纵向运动作为控制对象，研究分析了传统增益调参控制器和鲁棒变增益调参控制器的实现过程。首先，建立飞机的数学模型，在一定的假设和简化情况下，通过线性化，解耦得到飞机纵向和横侧向的状态方程；其次，以飞机俯仰角控制系统作为对象，基于传统增益调参的思想，利用经典控制理论，设计了能够覆盖整个飞行包线的21个特征点处线性时不变系统的PID控制器，然后通过插值拟合得到了整个飞行包线内的关于变参数的全局控制器。通过仿真验证了全局控制器良好的控制性能；然后，针对传统增益调参控制器设计难以克服的缺点，基于参数依赖的Lyapunov函数理论，利用参数依赖模型和多胞模型对控制系统进行转换分析，以线性矩阵不等式(LMI)为工具，求解得到了飞机纵向短周期的全局状态反馈自增益H∞控制器，理论和仿真都验证了其有效合理性；最后，针对本文的研究成果和存在的问题，提出了几点增益调参以后可能的研究方向。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 国内外无人机发展概述  9-10
  1.2 飞行控制系统研究现状  10-11
  1.3 增益调参及其研究现状  11-12
    1.3.1 增益调参方法  11-12
    1.3.2 增益调参研究现状  12
  1.4 论文主要研究内容  12-14
第2章 无人机数学模型的建立  14-30
  2.1 引言  14
  2.2 描述飞机运动常用坐标系和常用运动参数  14-17
    2.2.1 坐标系的定义  14-16
    2.2.2 飞机的运动参数  16
    2.2.3 控制量与被控量  16-17
  2.3 飞机动力学方程  17-21
    2.3.1 质心运动方程  18-19
    2.3.2 角运动方程  19-21
  2.4 运动学方程  21-22
  2.5 运动方程组的解耦  22-23
  2.6 无人机运动方程的线性化  23-25
    2.6.1 基于小扰动原理的线性化方法  23-24
    2.6.2 飞机纵向线性化  24-25
    2.6.3 侧向线性化  25
  2.7 飞机的纵向运动与横向运动  25-28
    2.7.1 飞机纵向运动的传递函数  25-27
    2.7.2 飞机横向运动的传递函数  27-28
  2.8 线性时变系统模型的建立  28-29
  2.9 本章小结  29-30
第3章 基于 PID 的无人机增益调参控制系统设计  30-43
  3.1 引言  30
  3.2 俯仰角回路运动建模  30-31
  3.3 特征点控制器设计  31-37
    3.3.1 阻尼器设计  32-33
    3.3.2 PID 控制器设计  33-37
  3.4 全局增益调参控制器  37-39
    3.4.1 增益调度表  37-38
    3.4.2 构成增益调参控制器  38-39
  3.5 仿真分析  39-41
  3.6 小结  41-43
第4章 仿射参数依赖自增益调参状态反馈控制器  43-59
  4.1 引言  43-44
  4.2 仿射参数依赖自增益状态反馈控制器设计  44-50
    4.2.1 仿射参数依赖模型  44
    4.2.2 多胞模型  44-45
    4.2.3 基于仿射参数依赖模型的状态反馈控制  45-50
  4.3 无人机仿射参数依赖自增益调参状态反馈控制器设计  50-55
    4.3.1 无人机 L PV 模型  50-51
    4.3.2 状态控制器实现  51-55
  4.4 仿真验证  55-58
    4.4.1 无扰动时的仿真  55-57
    4.4.2 有扰动时的仿真  57-58
  4.5 小结  58-59
第5章 结论与展望  59-61
  5.1 主要工作  59
  5.2 创新点  59-60
  5.3 存在的问题和展望  60-61
参考文献  61-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66-68

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 各类型航空器 > 无人驾驶飞机
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