【摘要】：現(xiàn)代軍事活動中,由于飛機攜帶燃油量的限制,嚴重制約了其航行距離、起飛重量以及戰(zhàn)略部署�？罩屑佑图夹g具有增大飛機航程和有效載荷,延長續(xù)航時間的作用,能夠很好的解決上述問題。本文針對自主空中加油對接過程中受油機的精確控制問題展開了深入的研究。首先,建立了受油機六自由度動力學模型、加油錐套運動模型以及大氣紊流模型。根據(jù)空中加油對接段的特點,將對接過程分為三個階段進行,并給出受油機各階段跟蹤指令以及判斷受油機與加油錐套對接成功與否的指標要求。其次,設計了基于LQR最優(yōu)控制的受油機對接跟蹤控制系統(tǒng)。為使受油機能夠穩(wěn)定跟蹤加油錐套并實現(xiàn)與加油錐套的平滑對接,根據(jù)由相對導航系統(tǒng)測量得到的受油機與加油錐套的相對位置關系,利用LQR最優(yōu)控制方法設計了對接跟蹤控制系統(tǒng)的制導律和控制律,實現(xiàn)了受油機與加油錐套的精確對接。再次,設計了基于動態(tài)逆和魯棒動態(tài)逆控制的受油機對接跟蹤控制系統(tǒng)。利用動態(tài)逆控制方法設計了對接跟蹤控制系統(tǒng)的制導律和控制律,實現(xiàn)受油機與加油錐套的精確對接。并且考慮當外部環(huán)境出現(xiàn)干擾時內(nèi)回路動態(tài)逆控制器計算產(chǎn)生的逆誤差,通過H?回路成形控制方法在線補償提高控制器的魯棒性,從而抑制外部環(huán)境帶來的擾動,保證受油機與加油錐套的精確對接。最后,在MATLAB數(shù)字仿真環(huán)境中建立了自主空中加油對接段受油機控制仿真結構,在無大氣紊流干擾和有大氣紊流干擾兩種不同情形下,對設計的控制器進行驗證,分析系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性及魯棒性,判斷受油機與加油錐套的對接是否成功。仿真結果表明,設計的控制器能夠在大氣紊流干擾的環(huán)境下實現(xiàn)受油機與加油錐套的精確跟蹤和對接。
【圖文】：

空中加油方式分兩種：“插頭-錐套”式（也稱軟管式）和“伸縮套管”式（也稱硬管式），如圖 1.1 所示。軟管式加油方法可進行多機同時加油，加油速度相對較慢，每分鐘在 1500 磅到 2000 磅之間。硬管式加油方法由加油機上的油管操作員操縱油管方向，將油管準確的對向受油口，加油速度快，可以達到每分鐘 6000 磅[6]�？罩屑佑偷膶崿F(xiàn)是一個復雜的過程，一般將其分為 4 個階段：會合階段、跟蹤對接階段、加油保持階段以及脫離階段。其中，對接段在整個過程中屬于關鍵環(huán)節(jié)，是整個加油過程能否順利進行的前提，也是空中加油技術研究的難點問題。隨著空中加油技術的不斷完善以及加油設備的不斷更新，人們逐漸把目光轉向研究通過自動駕駛的方式來完成空中加油任務。美國空軍實驗室(Air Force Research Laboratory,AFRL)在這方面的研究走在了世界的前列，采用GPS與光電技術相結合成功實現(xiàn)了無人機自主空中加油技術(Autonomous Aerial Refueling, AAR)的可行性驗證。2006年8月，美國波音公司完成了AAR項目的試飛，成功驗證了兩架自主飛行的飛機在空中保持穩(wěn)定相對位置的技術。未來空中加油技術的發(fā)展方向是通過不斷更新和完善飛控技術，，設計出符合要求的自動駕駛儀，使飛機自主操縱完成加油任務。因此，展開針對AAR關鍵技術的研究顯得非常有意義。

駕駛員操作完成加油試飛驗證。②駕駛員操作加油機最終實現(xiàn)無人機之間的加油試飛驗證。目前，國外很如，2005~2007 年間，美國國家航空航天局(National SA)進行的“插頭-錐套”式無人機空中加油試飛，成功性[8]，整個流程如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249

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3 劉f

本文編號：2575915