本文選題：飛翼布局無人機 + 滑模變結(jié)構��； 參考：《西北工業(yè)大學》2015年博士論文

【摘要】：飛翼布局無人機在氣動力效率、隱身性能、續(xù)航時間和載荷分布等方面具有獨特的優(yōu)勢,是遠程長航時隱身轟炸機、無人作戰(zhàn)飛機、高空長航時無人機等飛行器的理想布局型式。飛翼布局無人機的動力學模型具有非線性、強耦合、快時變、多輸入多輸出等特點,且由于沒有平尾和垂尾等部件,飛翼布局無人機的穩(wěn)定性存在很多的不足,存在縱向穩(wěn)定性弱、航向中性穩(wěn)定以及橫航向運動耦合強等問題,而飛翼布局無人機主要用途是在高亞音速下執(zhí)行偵察、轟炸或運輸?shù)纫恍┤蝿?對航跡穩(wěn)定和姿態(tài)控制的準確性要求比較高。因此,研究具有良好魯棒性的先進飛行控制系統(tǒng)是飛翼布局無人機研制的關鍵技術。本文針對這一問題,以傳統(tǒng)滑模變結(jié)構控制理論和二階滑�？刂评碚摓橹骶�,同時結(jié)合自適應控制、分數(shù)階理論、預設性能、反步控制、魯棒控制、自抗擾控制等先進控制方法,對存在未建模動態(tài)及外部擾動等復合干擾的飛翼布局無人機姿態(tài)控制與著陸控制問題進行了深入的研究。主要的研究成果如下所述:1.建立了包括地面效應以及舵面附加氣動力且含有風影響的飛翼布局無人機六自由度非線性動力學模型,對飛翼布局無人機的舵面特性進行了分析。2.針對存在氣動參數(shù)不確定的飛翼布局無人機姿態(tài)控制問題,提出了自適應二階終端滑模姿態(tài)控制方法,采用自適應算法在線調(diào)整切換增益抑制氣動參數(shù)不確定對控制系統(tǒng)性能的影響,同時由于二階終端滑�？刂频牟捎�,符號函數(shù)被隱藏在積分項中,通過積分得到了連續(xù)的控制律,有效抑制了姿態(tài)控制系統(tǒng)的抖振。3.圍繞具有未建模動態(tài)及外部擾動等復合干擾的飛翼布局無人機姿態(tài)運動方程,結(jié)合滑模變結(jié)構控制理論與分數(shù)階理論,提出了一種基于雙冪次趨近律和super twisting二階滑模干擾觀測器的分數(shù)階積分滑模姿態(tài)控制方法,采用分數(shù)階積分對過去逐漸遺忘的性質(zhì)設計了分數(shù)階積分滑模面,隨著時間的推移,姿態(tài)角初始誤差的積分權重會逐漸減小,相比常規(guī)的積分滑模面,顯著的減小了姿態(tài)控制的超調(diào)現(xiàn)象。由于傳統(tǒng)滑模趨近律具有收斂時間長和抖振嚴重等缺點,提出了一種具有二階滑模特性且有限時間收斂的雙冪次趨近律,通過Lyapunov函數(shù)證明了存在干擾時,系統(tǒng)狀態(tài)收斂到滑模面的鄰域范圍。同時設計了super twisting二階滑模干擾觀測器實現(xiàn)對復合干擾的實時連續(xù)估計和補償,仿真表明飛翼布局無人機姿態(tài)控制系統(tǒng)的抗干擾能力良好。4.為了合理設計姿態(tài)跟蹤的收斂過程、超調(diào)量及穩(wěn)態(tài)誤差,結(jié)合預設性能理論與反步滑模控制,提出了一種基于快速super twisting干擾觀測器的預設性能反步滑模姿態(tài)跟蹤控制方法。利用預設性能理論,建立了姿態(tài)控制系統(tǒng)預設性能等效誤差模型。鑒于super twisting二階滑�？刂扑惴ㄔ谙到y(tǒng)狀態(tài)距離平衡點比較遠時收斂速度比較慢的問題,提出一種快速super twisting二階滑模算法改善了常規(guī)super twisting算法的收斂速度,基于此算法設計了干擾觀測器估計與補償姿態(tài)反步控制各子系統(tǒng)的復合干擾,數(shù)值仿真驗證了飛翼布局無人機的姿態(tài)超調(diào)、穩(wěn)態(tài)跟蹤精確、收斂速度,都滿足了預先設定的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能要求。5.對于受到地面效應與風場擾動影響的飛翼布局無人機縱向自動著陸控制問題,提出了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的反步滑模L2增益縱向自動著陸控制方法。針對傳統(tǒng)反步控制虛擬控制量導數(shù)難以獲取的問題,采用跟蹤微分器對反步控制每一步的虛擬控制量求導,同時設計了擴張狀態(tài)觀測器估計與補償反步控制子系統(tǒng)的復合干擾。在此基礎上,增加了L2增益魯棒項以抑制觀測器干擾估計誤差和跟蹤微分器微分誤差的影響,進一步的提高反步滑模控制器的魯棒性。在存在地面效應與風場干擾的情況下,飛翼布局無人機高度、空速都跟蹤了控制指令,垂直接地速度在允許的范圍內(nèi),具有良好的著陸控制性能。6.針對存在地面效應與風場干擾的飛翼布局無人機自動著陸控制問題,提出了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的抗干擾滑模自動著陸控制方法,通過時標分離,將著陸控制系統(tǒng)分為位置回路、空速方位角傾斜角回路、姿態(tài)角回路與角速率回路分別進行設計,采用擴張狀態(tài)觀測器估計與補償由地面效應、風場擾動等導致的復合干擾,同時設計了基于fal函數(shù)的滑模趨近律。仿真結(jié)果表明,在存在地面效應與風場擾動等復合干擾影響的情況下,飛翼布局無人機的著陸控制性能良好。
[Abstract]:This paper studies the attitude control and landing control problem of flying wing layout unmanned aerial vehicle ( UAV ) based on double power approach law and super elliptic second order sliding mode interference observer , and proposes an adaptive second order terminal sliding mode attitude control method . This paper presents an anti - interference sliding mode automatic landing control method based on expansion state observer .
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V279;V249.1

【參考文獻】

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本文編號：2104479