發(fā)布時間：2020-03-24 04:01

【摘要】：垂直起降飛行器是一種同時具有固定翼飛機和直升飛機二者各自優(yōu)點的新型飛行器,可以實現(xiàn)垂直起降、空中懸停、高速大航程飛行,有著巨大的研究價值和發(fā)展?jié)摿�。本文介紹了一種新型的變結構垂直起降飛行器,對其結構組成和工作原理進行了說明,并指出了飛行器控制的最大難點:飛行器動力學模型在工作過程中會發(fā)生很大的改變,對控制器設計提出很高的要求。針對上述情況,本文在對變結構垂直起降飛行器動力學模型進行介紹的基礎上,研究了飛行器工作過程中三個模態(tài)——垂直起降模式、固定翼模式、模式轉換過程的姿態(tài)控制問題,采用自抗擾控制技術分別設計了控制器。基于飛行器動力學模型,對垂直起降模式下的姿態(tài)控制問題進行分析,明確了飛行器的主要動力和控制目標。通過設計跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器、狀態(tài)誤差反饋、控制量解耦器等組成部分構建了自抗擾姿態(tài)控制器。通過仿真結果的對比分析驗證了所提方法在平穩(wěn)性、快速性、魯棒性和算法操作簡易程度等方面具備的優(yōu)勢�；谧兘Y構垂直起降飛行器的動力學模型,分析了固定翼模式下的姿態(tài)控制問題,明確了飛行器的主要動力和控制目標。采用自抗擾控制方法設計姿態(tài)控制器,分別考慮前飛速度和姿態(tài)角并給出了各自控制回路的設計方法,通過控制量解耦器得到了執(zhí)行機構的控制指令,用于飛行器姿態(tài)的控制。仿真結果的對比分析驗證了所設計的控制器在平穩(wěn)性、快速性、抗干擾能力和魯棒性等方面的先進性。對飛行器模式轉換過程中的姿態(tài)控制問題進行分析,將轉換過程分為兩個階段并設計出各階段的飛行器操縱方案。根據(jù)模式轉換過程發(fā)動機推力傾角的變化給出兩個階段的自抗擾姿態(tài)控制算法,針對算法切換時因為控制目標改變而帶來的執(zhí)行機構控制指令變化過大的問題對控制器輸出進行過渡,使系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。仿真結果表明所設計的自抗擾姿態(tài)控制器能夠使飛行器平穩(wěn)地完成模式轉換。
【圖文】：

ＸＶ－３的成功引起了多方的關注，，１９７３年美國航空航天局與貝爾公司簽訂，資助其進行ＸＶ－１５傾轉翼機的研發(fā)工作Ｗ。歷時四年，第一架ＸＶ－１５于１９成功試飛，完成了旋翼傾轉全過程的試驗。ＸＶ－１５取得了許多具有突破性的，短距起降時最大載重為６８００千克，可以實現(xiàn)空中懸停，前飛速度達到５米每小時，并能夠進行后退飛行。從ＸＶ－３到ＸＶ－１５這一系列的研究為傾轉的發(fā)展積累了大量的設計經(jīng)驗和實驗方法，也促使了邋Ｖ－２２傾轉翼機的誕生１９８３年，由美國海軍投資，貝爾公司和波音公司聯(lián)合開始了邋Ｖ－２２傾轉研制。１９８９年３月Ｖ－２２傾轉翼機成功試飛，并于同年９月完成模式轉換。Ｖ－轉翼機短距起飛時最大負重為２７４００千克，最大外掛質量為６８００千克，最航速度為６３８千米每小時，滿載飛行航程為３３３６千米。性能上的大幅度提引了美國軍方的目光，空軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊等軍種紛紛發(fā)出訂單，并速度、航程、運載能力等方面的不同需求提出了各自的設計要求。丨９９０年政府開始對Ｖ－２２傾轉翼機進行試驗，測試地點包括軍事機場、野外地區(qū)、船舶、受限區(qū)域等，測試項目有起飛著陸、海上飛行、夜間飛行、低空飛中加油、人員和貨物運輸?shù)鹊取Ｔ诮?jīng)過長時間的測試、驗證之后，Ｖ－２２傾轉于２００６年正式在美國空軍列裝服役，即著名的“魚鷹”戰(zhàn)機。逡逑

１．１．２邋—種新型垂直起降飛行器一一變結構垂直起降飛行器逡逑變結構垂直起降飛行器［５］是一種采用可以改變推力三要素的新型矢量推進逡逑技術的飛行器，具有垂直起降和高速大航程飛行能力，如圖１．３所示。飛行器采逡逑用飛翼氣動布局機身；四個發(fā)動機通過變結構裝置與飛行器相連，對稱分布于兩逡逑側，為其提供推動力；變結構裝置通過改變發(fā)動機的推力方向和作用點以實現(xiàn)飛逡逑行模式（垂直起降模式、固定翼模式）的轉換；每個機翼均配有操縱舵面來控制逡逑飛行器姿態(tài)。逡逑３逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V249.1

【參考文獻】

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2 張希銘;曲仕茹;馬志強;;四旋翼飛行器模糊滑�？刂破髟O計與仿真[J];飛行力學;2014年05期

3 袁東;馬曉軍;曾慶含;邱曉波;;二階系統(tǒng)線性自抗擾控制器頻帶特性與參數(shù)配置研究[J];控制理論與應用;2013年12期

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2 胡鎮(zhèn);傾轉定翼四旋翼無人機垂直起降控制系統(tǒng)設計[D];南京信息工程大學;2014年

本文編號：2597761