本文關(guān)鍵詞：大柔性飛行器結(jié)構(gòu)建模與姿態(tài)控制研究

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【摘要】：大柔性飛行器具有高空長航時(shí)飛行和執(zhí)行多種任務(wù)的能力,近年來受到廣泛的重視。大柔性飛行器結(jié)構(gòu)輕巧、展弦比大的特點(diǎn)導(dǎo)致機(jī)翼在常規(guī)飛行條件下也會(huì)產(chǎn)生大的結(jié)構(gòu)變形、氣動(dòng)失速等現(xiàn)象,從而極大影響飛行器的飛行特性。這給飛行器的建模和飛行控制研究帶來挑戰(zhàn)。本文以大柔性飛行器為對(duì)象,針對(duì)此類飛行器的建模、運(yùn)動(dòng)特性分析、模型簡化以及姿態(tài)控制等問題展開研究。首先,基于虛功原理推導(dǎo)了大柔性飛行器的動(dòng)力學(xué)方程。采用常值應(yīng)變表達(dá)非線性梁結(jié)構(gòu)模型,基于有限狀態(tài)非定常氣動(dòng)力載荷理論計(jì)算氣動(dòng)載荷,最后將六自由度剛體動(dòng)力學(xué)方程、全機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程以及氣動(dòng)力模型耦合,獲得完整飛行器動(dòng)力學(xué)方程。其次,根據(jù)系統(tǒng)特征根分布規(guī)律分析了大柔性飛行器的運(yùn)動(dòng)模態(tài);采用基于常平均速度的狀態(tài)空間Newmark法分析了大柔性結(jié)構(gòu)機(jī)翼在受主動(dòng)操縱和大氣擾動(dòng)影響下的運(yùn)動(dòng)特性,并研究了柔性模塊耦合作用對(duì)飛行器橫側(cè)向穩(wěn)定性的影響。然后,研究了大柔性飛行器的模型降階問題。為便于控制器的設(shè)計(jì),針對(duì)大柔性飛行器高階復(fù)雜模型,分別運(yùn)用平衡截?cái)喾�、平衡殘差法以及最�?yōu)Hankel范數(shù)近似法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模型降階處理與比較。通過仿真對(duì)比得知對(duì)于本文研究對(duì)象,采用平衡殘差法所得的降階模型效果最好。最后,針對(duì)具有不確定性的大柔性飛行器,基于帶有觀測器的降階模型,設(shè)計(jì)了模型參考自適應(yīng)控制器。其中基線控制器為基于線性二次型調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法的比例積分姿態(tài)跟蹤控制器(稱為LQR-PI控制器)。仿真結(jié)果表明,基于降階模型設(shè)計(jì)的控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)原有高階模型的穩(wěn)定控制;在系統(tǒng)存在不確定性時(shí)自適應(yīng)控制器能夠使得飛行器準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)指令,且系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)更快。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.1

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