發(fā)布時(shí)間：2021-08-04 00:37

　　自然界的鳥類能夠從平飛狀態(tài)迅速減速,最終棲落在樹枝或其它目標(biāo)位置。如果固定翼無人機(jī)能模仿鳥類這種降落方式,即在平飛時(shí)將迎角拉大達(dá)到過失速狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)快速減速、最終精確降落在指定位置,則能實(shí)現(xiàn)無跑道降落,從而擴(kuò)展固定翼無人機(jī)的應(yīng)用場景。固定翼無人機(jī)的這種降落方式稱為棲落機(jī)動(dòng)（Perching Maneuver）。本文主要基于模型預(yù)測控制理論研究固定翼?xiàng)錂C(jī)動(dòng)的飛行控制問題。首先,建立了固定翼無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)的分段線性模型。設(shè)計(jì)了無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)優(yōu)化參考軌跡,將飛行器棲落機(jī)動(dòng)控制問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化軌跡的跟蹤控制問題�；谲壽E線性化將無人機(jī)縱向非線性動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為線性變參數(shù)模型,并建立了分段線性模型。然后,針對棲落機(jī)動(dòng)的標(biāo)稱分段線性模型,研究了基于終端約束集的預(yù)測控制方法。利用切換系統(tǒng)等效無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)的分段線性模型,對無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于終端等式約束的預(yù)測控制器。針對該控制器在實(shí)際應(yīng)用中保守性太強(qiáng)的缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn),放寬末端約束條件,設(shè)計(jì)了基于終端約束集的模型預(yù)測控制器,并分析了整個(gè)切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次,針對存在外部風(fēng)擾動(dòng)的情況,研究了棲落機(jī)動(dòng)的魯棒預(yù)測控制。引入非線性系統(tǒng)張量積建模法,... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鷹的飛行姿態(tài)現(xiàn)在，無人機(jī)在外形多變且體積越來越小，材料更輕更便宜，續(xù)航能力更久

圖 1.2 珠海航展上殲-10B 完成普加喬夫眼鏡蛇機(jī)動(dòng)戰(zhàn)斗機(jī)來說，過失速機(jī)動(dòng)能夠擴(kuò)展飛機(jī)的飛行包線，提高空戰(zhàn)效率，然而過失速型戰(zhàn)斗機(jī)，在無人機(jī)上也能夠?qū)崿F(xiàn)。上背景之下，研究人員仔細(xì)觀察鳥類的機(jī)動(dòng)飛行，希望能夠通過模仿鳥類的棲落決固定翼無人機(jī)在降落方面的不足。棲落機(jī)動(dòng)就是指鳥類迅速從快速平飛狀態(tài)過動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速減速，最終棲落在樹枝或其它指定位置的動(dòng)作過程[4]。在鳥類棲落，無人機(jī)也可以模仿這種過程，在平飛時(shí)快速將迎角拉大，達(dá)到過失速狀態(tài)，實(shí)最終精確降落在指定位置。上棲落機(jī)動(dòng)與失速機(jī)動(dòng)息息相關(guān)。棲落機(jī)動(dòng)也會(huì)經(jīng)歷失速的過程，當(dāng)飛行器的迎失速迎角，進(jìn)入失速禁區(qū)之后，飛行器會(huì)產(chǎn)生諸多問題。在過失速的狀態(tài)下，飛會(huì)變得很復(fù)雜，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方法以及設(shè)計(jì)過程也會(huì)與常規(guī)狀態(tài)下的系統(tǒng)有很，當(dāng)無人機(jī)完成棲落機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)，必須要考慮到飛行器的失速問題。主要研究無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)的軌跡跟蹤控制問題。研究對象為實(shí)驗(yàn)室制作的適用于型固定翼無人機(jī)�；趦�(yōu)化的棲落機(jī)動(dòng)參考軌跡，對無人機(jī)縱向非線性模型進(jìn)行基于預(yù)測控制與切換系統(tǒng)理論，研究無人機(jī)在不同的初始條件和外部擾動(dòng)下的棲

四旋翼具有可以任意位置懸停的性能，因此理論上可以在任意位置上實(shí)現(xiàn)棲落，利用大迎角的機(jī)動(dòng)方式可以使得四旋翼的機(jī)動(dòng)性能進(jìn)一步提高。圖1.3給出了近20年來各類無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)研究成果。圖 1.3 近 20 年來各類無人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)研究成果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超機(jī)動(dòng)性技術(shù)及其戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢探討[J]. 曲東才.  飛機(jī)設(shè)計(jì). 2006(01)
[2]機(jī)動(dòng)飛機(jī)的發(fā)展前景[J]. 嚴(yán)仁達(dá).  飛機(jī)設(shè)計(jì). 2003(03)
[3]具有m個(gè)開關(guān)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性[J]. 劉玉忠,趙軍.  控制理論與應(yīng)用. 2001(05)
[4]預(yù)測控制的研究現(xiàn)狀和多層智能預(yù)測控制[J]. 席裕庚,許曉嗚,張鐘俊.  控制理論與應(yīng)用. 1989(02)

博士論文
[1]變體飛行器基礎(chǔ)控制問題研究[D]. 何真.南京航空航天大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3320635