学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

复杂条件下无人机自动着陆控制技术研究

作　者: 宋辉
导　师: 陈欣
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无人机自动着陆飞行控制复杂条件航向校准滚转校准仿真验证
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 170次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

自动着陆过程是无人机飞行控制最复杂的阶段之一,它要求在低空速、大迎角、低高度的条件下,精确控制无人机的姿态和轨迹。尤其是在接地前的末端拉起段,无人机的所有状态都必须高精度保持,从而保证无人机安全接地。近年来,由于无人机向多元化方向发展的需要,研究具有强鲁棒性、适应复杂大气条件和飞行状态的无人机自动着陆控制技术,已成为无人机飞行控制的关键技术之一。本文以大展弦比样例无人机为研究对象,通过动力学与运动学分析,建立了带有常值风、阵风、剪切风与紊流等多种风场模型的无人机六自由度非线性模型。在此基础上,分析了无人机质量、大气条件对着陆品质影响,设计了由下滑引导段和末端拉起段构成的着陆轨迹线,并将末端拉起段分为指数拉起与浅下滑段,为无人机安全着陆提供轨迹条件。为满足无人机在不同着陆环境下纵向控制的需求,论文采用双环反馈串级控制结构,综合设计了空速控制律和高精度的高度控制律,实现航迹与速度解耦,提高了高度跟踪的动态性能,抑制了外部复杂条件引起的高度轨迹扰动。在分析了大气风场对无人机横侧向控制品质的影响后,设计了航迹跟踪控制律、航向校准和滚转校准控制律,控制无人机接地时刻不但使机头与跑道航向一致,而且在近地高度保持机翼翼平,克服接地时翼尖擦地、单轮着陆及航向偏差带来的侧向过载过大等危及无人机安全着陆的问题。为了验证着不同着陆质量、复杂大气条件下的自动着陆控制的有效性,本文在不同着陆质量和多种大气扰动组合条件下,对样例无人机的自动着陆控制进行了仿真验证,结果表明所设计的自动着陆控制策略完备,自动着陆控制律控制品质良好,满足样例无人机在复杂条件下自动着陆控制的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-17
第一章绪论  17-23
  1.1 引言  17-18
  1.2 无人机着陆方式  18
  1.3 自动着陆控制的研究现状  18-20
    1.3.1 国内外研究现状  18-20
    1.3.2 课题研究基础  20
  1.4 课题研究背景与意义  20-21
  1.5 课题研究的主要内容  21-23
第二章对象特性建模与分析  23-38
  2.1 对象特性建模  23-30
    2.1.1 坐标系定义  23-24
    2.1.2 样例无人机简述  24-25
    2.1.3 刚体运动建模  25-27
    2.1.4 大气数学模型  27-30
  2.2 对象特性分析  30-36
    2.2.1 气动特性  30-31
    2.2.2 纵向机动性能  31-32
    2.2.3 横侧向机动性能  32-33
    2.2.4 发动机推力特性  33
    2.2.5 操纵特性  33-35
    2.2.6 模态特性  35-36
  2.3 大气扰动对对象特性的影响  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章复杂条件下无人机自动着陆控制设计方案  38-45
  3.1 无人机着陆过程与控制目标  38-39
  3.2 复杂条件对自动着陆的影响  39-41
    3.2.1 着陆质量的影响  39-40
    3.2.2 大气条件的影响  40-41
  3.3 自动着陆轨迹线设计方案  41-42
  3.4 自动着陆控制策略  42-44
  3.5 自动着陆控制仿真验证方案  44
  3.6 本章小结  44-45
第四章无人机自动着陆纵向控制律设计  45-61
  4.1 自动着陆轨迹线设计  45-48
    4.1.1 引导下滑段轨迹线设计  45-46
    4.1.2 末端拉起段轨迹线设计  46-48
  4.2 自动着陆纵向控制律设计  48-54
    4.2.1 鲁棒伺服LQR 方法  48-50
    4.2.2 姿态控制  50-51
    4.2.3 高度跟踪控制  51-53
    4.2.4 速度控制  53-54
  4.3 纵向控制模态切换  54-56
  4.4 自动着陆纵向控制律仿真验证  56-60
    4.4.1 自动着陆非线性仿真环境  56-57
    4.4.2 标称状态自动着陆纵向控制律验证  57-58
    4.4.3 不确定性因素下自动着陆纵向控制律验证  58-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章无人机自动着陆横侧向控制律设计  61-72
  5.1 无人机抗风着陆方式  61-62
    5.1.1 侧航着陆方式  61-62
    5.1.2 侧滑着陆方式  62
  5.2 自动着陆横侧向控制律设计  62-67
    5.2.1 航迹跟踪控制  62-64
    5.2.2 航向校准控制  64-66
    5.2.3 滚转校准控制  66-67
  5.3 横侧向控制模态切换  67-68
  5.4 自动着陆横侧向控制律仿真验证  68-71
    5.4.1 标称状态自动着陆横侧向控制律验证  68-70
    5.4.2 不确定性因素下自动着陆横侧向控制律验证  70-71
  5.5 本章小结  71-72
第六章复杂条件下无人机自动着陆控制仿真验证  72-88
  6.1 质量不确定性着陆仿真  72-74
  6.2 顺侧风条件着陆仿真  74-76
  6.3 逆侧风条件着陆仿真  76-79
  6.4 阵风条件着陆仿真  79-82
  6.5 剪切风条件着陆仿真  82-84
  6.6 控制策略对比  84-87
  6.7 本章小结  87-88
第七章总结与展望  88-90
  7.1 论文的主要工作  88
  7.2 后续研究工作  88-90
参考文献  90-93
致谢  93-94
在学期间的研究成果及发表的学术论文  94

复杂条件下无人机自动着陆控制技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文