平流層飛艇是一種輕于空氣、依靠浮力駐空并具有自主飛行能力的臨近空間低動態(tài)浮空器。它具有滯空時間長、安全性高、經(jīng)濟性好、節(jié)能且環(huán)保等優(yōu)點,在中繼通訊、交通監(jiān)測、軍事偵察等領域具有誘人的應用前景。本文在平流層飛艇動力學模型的基礎上,研究其飛行運動控制,具體工作內(nèi)容如下:首先,為實現(xiàn)平流層飛艇的高度調(diào)整,研究了調(diào)節(jié)升降舵改變高度的控制策略。構造了能使高度偏差收斂的飛艇俯仰角跟蹤方程,將平流層飛艇的高度控制問題轉(zhuǎn)化為其俯仰角的跟蹤控制問題。根據(jù)飛艇小擾動線性化后的數(shù)學模型,設計其俯仰角線性自抗擾控制器,基于極點配置原理,調(diào)節(jié)控制律參數(shù),調(diào)整升降舵以保證跟蹤期望俯仰角指令,并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在控制作用下,飛艇俯仰角發(fā)生改變實現(xiàn)其高度變化并達至預期高度,解決了欠驅(qū)動平流層飛艇高度控制問題。然后,研究了平流層飛艇水平面內(nèi)三自由度航跡跟蹤問題。根據(jù)飛艇拉格朗日動力學方程的數(shù)學模型,設計了自適應反步滑�？刂破�,削弱了滑模抖動問題,保證了飛艇能夠漸近跟蹤指定的軌跡且提高跟蹤精度。應用Lyapunov函數(shù)證明了航跡跟蹤控制能實現(xiàn)全局漸近穩(wěn)定。數(shù)值仿真結(jié)果驗證了存在模型參數(shù)不確定性和外部干擾的情況下,飛艇能... 

【文章來源】：廈門大學福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＨＡＬＥ－Ｄ飛艇①?圖１．２?ＬＥＭＶ飛艇②??

號（ＺＹ－１）”飛艇不負眾望的完成了首飛測試。該飛艇長２５ｍ，氣囊容積７５０ｍ３，??最大飛行高度８００ｍ，最大可飛行風速８ｍ／ｓ，最大抗風能力１２ｍ／ｓ，滯空時間長??達４ｈ，如圖１．７。ＺＹ－１飛艇的飛行測試驗證了臨近空間飛艇在制造、導航控制等??方面的重要技術。２０１５年９月，上海交通大學在新疆馬蘭進行了一次低速臨近??空間飛行測試，本次飛行器試飛時長達２ｈ，其飛行已進入海拔１９．３ｋｍ的臨近空??間。通過此次飛行試驗，驗證了結(jié)構形式，飛行器構型和非常規(guī)形態(tài)升空及返??回方式的可行性。??圖１．７?“致遠一號”飛艇①?圖１．８?“圓夢號”飛艇②??２０１５年１０月，一艘名為“圓夢號”臨近空間飛艇在錫林浩特市成功完成了??飛行試驗。該飛艇是北京南江空天公司聯(lián)合北京航空航天大學經(jīng)過數(shù)個日夜的??①圖片來源：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ＿ａｅｒｏｓｐａｃｅｓｔ．ｃｏｍ／？ｐ＝９３＿??？圖片來源：趙達，劉東旭，孫康文，ｅｔ?ａｌ．平流層飛艇研制現(xiàn)狀、技術難點及發(fā)展趨勢［Ｊ］．航空??學報，２０１６，?３７（１）：４５?－?５６．??－５－??

圖２．４地面坐標系與艇體坐標系間的關系??地面坐標系選取在地面某點位置，根據(jù)基坐標變換理論，可依次旋轉(zhuǎn)三個??角度獲得飛艇在空間的姿態(tài)，如圖２．４，具體為先繞ａｊ軸方向旋轉(zhuǎn)分角，軸??與０％軸分別轉(zhuǎn)到軸與ｃｙ軸形成，然后繞Ｏｙ軸方向旋轉(zhuǎn)角，軸??與〇２ｅ軸分別轉(zhuǎn)到Ｏｒ軸與軸形成０：＾７，最后繞Ｏｒ軸方向旋轉(zhuǎn)＾角，０？／軸??與０？軸分別轉(zhuǎn)到軸與Ｏｓ軸形成Ｏｒｙ２，表述如下。??０ｘｅｙｅｚｅ?尺：（叻）＞?０ｘ＇ｙ＇ｚｅ?．？（）＞?Ｏｘｙ＇ｚ＇?Ｏｘｙｚ??通過上述旋轉(zhuǎn)變換，可以獲得方向余弦矩陣（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?Ｃｏｓｉｎｅ?Ｍａ？??ｔｒｉｘ，?ＤＣＭ），?可以?由下式給出：??Ｒｅｂ?＝?Ｒｘ（４＞）Ｒｙ（９）Ｒｚ（ｉｐ）??ｃｏｓ?８?ｃｏｓ?－０?ｃｏｓ?６?ｓｉｎ?ｘ／ｊ?—?ｓｉｎ?８??＝?ｓｉｎ?０?ｃｏｓ?ｘ＾ｓｍｃｊ）?—?ｓｉｎ?ｃｏｓ?（ｊ）?ｓｉｎ?９?ｓｉｎ?ｉｐ?ｓｉｎ?（ｊ＞?＋?ｃｏｓ?ｘｐ?ｃｏｓ?＜ｊ＞?ｃｏｓ?６?ｓｉｎ?（ｆ＞??ｓｉｎ?６?ｃｏｓ?－０?ｃｏｓ?（ｊ）?＋?ｓｉｎ?＾?ｓｉｎ?（／）?ｓｉｎ?８?ｓｉｎ?ｉｐ?ｃｏｓ?（ｊ）?—?ｃｏｓ?＾?ｓｉｎ?ｃｊ）?ｃｏｓ?６?ｃｏｓ?（ｊ）??（２．

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]平流層飛艇動力學建模與控制方法研究[D]. 楊躍能.國防科學技術大學 2013
[2]自主飛艇的建模與控制系統(tǒng)設計[D]. 張燕.上海交通大學 2009

碩士論文
[1]無人飛艇飛行控制系統(tǒng)軟件設計[D]. 陳慧.中國科學院研究生院（空間科學與應用研究中心） 2008
[2]近空間飛艇飛行運動建模與控制研究[D]. 高明.南京航空航天大學 2008



本文編號：2915415