發(fā)布時(shí)間：2020-10-18 20:49

　　 無(wú)人直升機(jī)具有可垂直起降、可定點(diǎn)懸停和良好的低空低速性等優(yōu)點(diǎn),在民用和國(guó)防領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。艦載無(wú)人直升機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)空間作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、戰(zhàn)地預(yù)警、情報(bào)偵察、探測(cè)攻擊等多項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)。很多國(guó)家都加大對(duì)艦載無(wú)人直升機(jī)的研究力度,然而由于飛控、導(dǎo)引以及回收等技術(shù)的復(fù)雜性,艦載無(wú)人直升機(jī)的著艦技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。本文針對(duì)無(wú)人直升機(jī)下降著艦階段(從直升機(jī)到達(dá)甲板的正上方至最終成功著艦的階段)的飛行控制問(wèn)題和甲板運(yùn)動(dòng)預(yù)估問(wèn)題進(jìn)行研究,為無(wú)人直升機(jī)的著艦技術(shù)研究提供理論參考。論文針對(duì)未來(lái)甲板運(yùn)動(dòng)信息難以獲得的問(wèn)題,提出了一種基于自適應(yīng)自回歸(Auto Regressive,AR)模型的甲板運(yùn)動(dòng)預(yù)估算法,利用甲板運(yùn)動(dòng)歷史信息,預(yù)估未來(lái)運(yùn)動(dòng)信息,并通過(guò)數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證其預(yù)估效果。仿真結(jié)果表明,基于自適應(yīng)AR甲板運(yùn)動(dòng)預(yù)估器的預(yù)估誤差很小,符合系統(tǒng)要求。將未來(lái)甲板運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)前饋通道引入系統(tǒng)的控制輸入中,可提前對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的控制輸入進(jìn)行指導(dǎo),從而消除系統(tǒng)的跟蹤滯后和跟蹤誤差,以達(dá)到甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康�。論文針�?duì)無(wú)人直升機(jī)下降著艦階段的飛行控制問(wèn)題,運(yùn)用最優(yōu)預(yù)見(jiàn)控制方法,分別設(shè)計(jì)直升機(jī)縱向、橫向、航向、以及高度著艦控制器,各通道的控制器可分為狀態(tài)反饋控制模塊和前饋控制模塊,解決了直升機(jī)著艦基準(zhǔn)軌跡跟蹤問(wèn)題和甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。將所設(shè)計(jì)的最優(yōu)預(yù)見(jiàn)控制器代入直升機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證,通過(guò)與傳統(tǒng)PID控制器的控制效果進(jìn)行對(duì)比,突出了最優(yōu)預(yù)見(jiàn)控制對(duì)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)軌跡跟蹤性能以及甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償性能的優(yōu)越性,但系統(tǒng)的抗干擾能力較差。論文針對(duì)存在的大氣紊流干擾,在最優(yōu)預(yù)見(jiàn)控制的基礎(chǔ)上,提出了一種魯棒預(yù)見(jiàn)控制方法,綜合解決了系統(tǒng)環(huán)境干擾抑制問(wèn)題、基準(zhǔn)軌跡跟蹤問(wèn)題以及甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題�；诳v向、橫向、航向、以及高度通道分開(kāi)設(shè)計(jì)的思想,運(yùn)用所提出的魯棒預(yù)見(jiàn)控制方法,設(shè)計(jì)了無(wú)人直升機(jī)著艦控制系統(tǒng)。將所設(shè)計(jì)的各通道控制器代入直升機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證,與最優(yōu)預(yù)見(jiàn)控制器的控制效果進(jìn)行對(duì)比。仿真結(jié)果表明,魯棒預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)軌跡跟蹤性能和較強(qiáng)的抗干擾能力。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V275.1;V249.1
【部分圖文】：

務(wù)載荷與飛行結(jié)構(gòu)單一，飛行控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，懸停高度在 100m 以下；第二階段為 1950 年到 1970年，此時(shí)無(wú)人直升機(jī)的最大起飛質(zhì)量在 1000kg 以下，飛行速度可達(dá) 150Km/h，可完成視距內(nèi)遙控飛行；第三階段為 1980 年至今，此階段由于無(wú)人直升機(jī)的飛控技術(shù)發(fā)展迅速，可實(shí)現(xiàn)一定程度上的自主飛行，并且飛行速度增加百分之三十，續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)。國(guó)外目前公開(kāi)的無(wú)人艦載直升機(jī)主要有美國(guó)的“火力偵察兵”、俄羅斯的“卡-137”、以及奧地利維也納的“S100”、加拿大的 CL-227“哨兵”等[1]。“S100”艦載無(wú)人直升機(jī)是由奧地利 Schiebel 公司研制的，作為一個(gè)小型可遙控可自主飛行的艦載無(wú)人直升機(jī)，因其體積輕巧，行蹤隱蔽、載荷較大等特點(diǎn)，被多次應(yīng)用于敵空戰(zhàn)區(qū)的情報(bào)偵察和戰(zhàn)區(qū)監(jiān)視任務(wù)。其先進(jìn)的飛行控制技術(shù)、可垂直起降的飛行特點(diǎn)以及小巧玲瓏的結(jié)構(gòu)特征，尤其適用于沒(méi)有航空母艦的中小艦艇海軍部隊(duì)。RQ/MQ-8“火力偵察兵”欲被發(fā)展為美國(guó)海軍裝備無(wú)人直升機(jī)的主要機(jī)型，如圖 1.1 所示。該無(wú)人直升機(jī)于 2000 年 2 月開(kāi)始研制，于 2006 年 6 月在艦上成功實(shí)現(xiàn)全自主起降。MQ-8B 型無(wú)人直升機(jī)的續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 4 小時(shí)，作戰(zhàn)半徑可達(dá) 20.4Km。該機(jī)所攜帶的光電、紅外掃描系統(tǒng)和激光測(cè)距儀，不僅可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜尋和識(shí)別，還可對(duì)其進(jìn)行重要性排序。此外，該無(wú)人直升機(jī)可攜帶一定數(shù)量的反坦克導(dǎo)彈，在完成目標(biāo)攻擊后，可對(duì)其戰(zhàn)損情況進(jìn)行評(píng)估。

圖 1.2 “卡”-137 無(wú)人直升機(jī)目前國(guó)內(nèi)公開(kāi)的無(wú)人直升機(jī)型號(hào)有：“Z3”、“海鷗”、“LE110”、、“翠鳥(niǎo)”“U8”、“V750”“博翔”、“WD100”、“FH”、“翔鳥(niǎo)”等。“海鷗”號(hào)作為我國(guó)首架雙旋翼無(wú)人直升機(jī)，于 199年 9 首飛成功�！昂ｚt”號(hào)主要應(yīng)用于軍事情報(bào)偵察與戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視，如圖 1.3 所示，質(zhì)量為 300kg其發(fā)動(dòng)機(jī)功率可達(dá) 58.8kw。機(jī)上有飛行控制導(dǎo)航與制導(dǎo)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自主飛行和遙控飛行。由中航工業(yè)所研制的 U8 無(wú)人直升機(jī)于 2011 年試飛成功，這是我國(guó)技術(shù)相對(duì)較為成熟的一款無(wú)人直升機(jī)，其被廣泛應(yīng)用于交通疏導(dǎo)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、大氣監(jiān)測(cè)、森林防火等民用領(lǐng)域。

圖 1.2 “卡”-137 無(wú)人直升機(jī)目前國(guó)內(nèi)公開(kāi)的無(wú)人直升機(jī)型號(hào)有：“Z3”、“海鷗”、“LE110”、、“翠鳥(niǎo)”“U8”、“V750”、“博翔”、“WD100”、“FH”、“翔鳥(niǎo)”等。“海鷗”號(hào)作為我國(guó)首架雙旋翼無(wú)人直升機(jī)，于 1993年 9 首飛成功�！昂ｚt”號(hào)主要應(yīng)用于軍事情報(bào)偵察與戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視，如圖 1.3 所示，質(zhì)量為 300kg，其發(fā)動(dòng)機(jī)功率可達(dá) 58.8kw。機(jī)上有飛行控制導(dǎo)航與制導(dǎo)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自主飛行和遙控飛行。由中航工業(yè)所研制的 U8 無(wú)人直升機(jī)于 2011 年試飛成功，這是我國(guó)技術(shù)相對(duì)較為成熟的一款無(wú)人直升機(jī)，其被廣泛應(yīng)用于交通疏導(dǎo)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、大氣監(jiān)測(cè)、森林防火等民用領(lǐng)域。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2846795