本文關(guān)鍵詞：PAPI燈飛行校驗用旋翼無人機載體控制技術(shù)研究

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【摘要】：精密進近航道指示器(Precision Approach Path Indicator,PAPI)系統(tǒng)對民航飛機的飛行安全具有重要意義。目前對PAPI系統(tǒng)的校驗是通過民航客機完成的,存在精度低、價格昂貴、操作過程復(fù)雜等缺點。課題設(shè)計了一種基于旋翼無人機的機場PAPI燈光校驗系統(tǒng),重點研究了PAPI校驗用旋翼無人機載體的控制、精確定位及高度精確控制、提高載體的控制穩(wěn)定性和抗擾性技術(shù)。首先,設(shè)計了基于旋翼無人機的民航機場PAPI燈光校驗系統(tǒng)。在分析民航標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)約中關(guān)于PAPI系統(tǒng)光束仰角的容許角度誤差基礎(chǔ)上,提出了PAPI校驗用旋翼無人機載體的控制精度指標(biāo)。其次,針對PAPI校驗任務(wù)對旋翼無人機載體穩(wěn)定控制的要求,研究了旋翼無人機的姿態(tài)及位置控制算法。建立旋翼無人機動力學(xué)模型及其Matlab/Simulink仿真模型,研究基于滑模控制算法的旋翼無人機控制。針對經(jīng)典滑模控制算法存在的高頻“抖振”現(xiàn)象,提出基于非線性能量函數(shù)的改進滑�？刂扑惴�,設(shè)計了基于改進滑模控制算法的旋翼無人機姿態(tài)內(nèi)環(huán)及位置外環(huán)控制器,通過仿真實驗,驗證所設(shè)計的改進滑�？刂破鞯挠行浴Ｔ俅�,針對PAPI校驗任務(wù)對旋翼無人機載體精確定位及精確高度控制的要求,研究了基于多傳感器融合的旋翼無人機精確定位與高度精確控制方法。為了實現(xiàn)在機場環(huán)境下旋翼無人機的精確定位與高度精確控制,設(shè)計了基于改進UKF(Improved Unscented Kalman Filter)方法的多傳感器融合狀態(tài)估計器,并通過實驗驗證。最后,針對機場常存在風(fēng)力擾動因素的使用環(huán)境,研究提高旋翼無人機載體穩(wěn)定性與抗擾性的方法。針對傳統(tǒng)旋翼無人機旋翼轉(zhuǎn)速開環(huán)控制結(jié)構(gòu)的缺點,設(shè)計了基于改進滑模觀測器的旋翼轉(zhuǎn)速無傳感器控制子系統(tǒng)。同時,研究了基于擾動觀測的旋翼無人機動態(tài)擾動參數(shù)估計器。搭建了系統(tǒng)的硬件與軟件平臺,進行實際無人機飛行控制實驗,驗證所設(shè)計的旋翼無人機載體的控制精度能夠滿足PAPI校驗任務(wù)對旋翼無人機載體提出的控制精度指標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：PAPI校驗 旋翼無人機 改進滑模法 多傳感器融合 擾動參數(shù)估計 轉(zhuǎn)速無傳感器控制
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及綜述11-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀綜述16-17
• 1.3 課題研究內(nèi)容17-19
• 第二章 基于旋翼無人機的PAPI校驗系統(tǒng)設(shè)計19-24
• 2.1 基于旋翼無人機的PAPI校驗任務(wù)分析19-20
• 2.1.1 PAPI校驗任務(wù)分析19
• 2.1.2 基于旋翼無人機的PAPI校驗系統(tǒng)工作原理介紹19-20
• 2.2 基于旋翼無人機的PAPI校驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計20-22
• 2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架設(shè)計20-21
• 2.2.2 系統(tǒng)各組成模塊功能說明21-22
• 2.3 PAPI飛行校驗用旋翼無人機載體技術(shù)要點分析22-24
• 2.3.1 PAPI校驗規(guī)則分析22
• 2.3.2 PAPI校驗用旋翼無人機載體關(guān)鍵技術(shù)分析22-24
• 第三章 PAPI校驗用旋翼無人機載體控制算法研究與仿真24-49
• 3.1 旋翼飛行器動力學(xué)建模與仿真模型的建立24-31
• 3.1.1 旋翼飛行器飛行及控制原理介紹24-25
• 3.1.2 旋翼飛行器動力學(xué)建模25-30
• 3.1.3 旋翼飛行器仿真模型的建立30-31
• 3.2 旋翼飛行器控制算法研究及仿真31-43
• 3.2.1 基于PID控制律的旋翼飛行器控制及仿真31-35
• 3.2.2 旋翼飛行器動力學(xué)模型的狀態(tài)空間實現(xiàn)35-36
• 3.2.3 基于反步積分法的旋翼飛行器控制及仿真36-39
• 3.2.4 基于滑�？刂品ǖ男盹w行器控制及仿真39-43
• 3.3 基于非線性能量函數(shù)的改進滑模控制法的旋翼飛行器控制與仿真43-47
• 3.3.1 基于參考模型的非線性能量函數(shù)43-44
• 3.3.2 基于非線性能量函數(shù)改進滑模法的旋翼飛行器控制與仿真44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 PAPI校驗用旋翼無人機載體精確定位與高度精確控制49-63
• 4.1 基于GPS與IMU融合的組合導(dǎo)航定位研究49-54
• 4.1.1 旋翼飛行器定位坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換49-50
• 4.1.2 基于EKF方法的GPS與IMU融合定位50-54
• 4.2 基于改進UKF方法的多傳感器融合精確定位與精確高度控制54-60
• 4.2.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換54-55
• 4.2.2 基于改進UKF方法的多傳感器融合位置與高度狀態(tài)估計器設(shè)計55-60
• 4.3 實驗分析60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 旋翼無人機載體控制穩(wěn)定性及抗擾性的提高63-74
• 5.1 旋翼無人機控制系統(tǒng)旋翼轉(zhuǎn)速無傳感器控制子系統(tǒng)設(shè)計63-70
• 5.1.1 旋翼無人機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析63-64
• 5.1.2 基于非線性能量函數(shù)改進滑模觀測器的PMSM無傳感器控制64-69
• 5.1.3 基于改進滑模觀測器的旋翼無人機旋翼轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)無傳感器控制69-70
• 5.2 基于擾動觀測的旋翼無人機動態(tài)擾動觀測器研究70-71
• 5.3 實驗分析71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 第六章 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計與軟件實現(xiàn)及實驗分析74-84
• 6.1 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計74-77
• 6.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)77-79
• 6.3 系統(tǒng)實驗分析79-83
• 6.4 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的學(xué)術(shù)活動90

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本文編號：1053090