本文關鍵詞：小型無人機控制律設計及仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 無人機在軍事和民用領域具有廣泛的應用價值,已經(jīng)引起國內(nèi)外各研究機構的高度重視,紛紛對無人機相關技術進行研究,飛行控制系統(tǒng)是無人機能夠安全飛行的基本前提。因此,研究無人機的自主飛行控制技術具有十分重要的現(xiàn)實意義。 本文的研究對象為某模型飛機,首先根據(jù)牛頓第二定理和坐標變換,并運用Aerosim仿真工具箱,建立無人機的simulink仿真模型,包括力方程組、運動方程組、力矩方程組和導航方程組模型以及氣動力計算模塊和風的干擾模型;其次,在典型狀態(tài)點配平模型的基礎上依據(jù)小擾動原理對非線性模型進行線性化,從而得到狀態(tài)空間描述的縱向和橫側(cè)向線性化模型,實現(xiàn)模型降階,為控制律設計提供了模型基礎;再次,分析了LQR如何改進以便能夠進行飛行控制律設計,并采用輸出反饋線性二次最優(yōu)技術分別設計了縱向姿態(tài)保持和高度保持回路控制律,橫側(cè)向傾斜姿態(tài)保持和航向保持回路控制律,仿真結(jié)果表明,控制律具有良好的良好的動態(tài)品質(zhì)和跟蹤性能;隨后,提出了基于DSP56F807為核心的自動駕駛儀方案,完成了主要元器件的選型和部分底層驅(qū)動程序的開發(fā);最后,利用OpenGL的API開發(fā)技術,結(jié)合VC++的MFC開發(fā)了一個簡單的無人機三維動畫軟件,這樣,simulink模型通過RS232串口與自動駕駛儀相連,并通過UDP/IP網(wǎng)絡協(xié)議與三維動畫軟件進行通信,從而構成了硬件在環(huán)的仿真平臺,該平臺可以非常直觀方便的驗證控制律效果,可幫助設計人員提高效率。
【關鍵詞】：無人機 飛行控制 線性二次最優(yōu) 自動駕駛儀 半實物仿真
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 國內(nèi)外無人機發(fā)展概述8-9
• 1.2 飛行控制系統(tǒng)研究與應用現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 飛行控制設計方法分析9-11
• 1.2.2 小型無人機自動駕駛儀研究概況11-12
• 1.3 研究目的和主要研究內(nèi)容12-13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 第二章 小型無人機動力學模型14-29
• 2.1 假設條件14
• 2.2 小型無人機空間運動的表示14-17
• 2.2.1 建模所用各種坐標系定義14-16
• 2.2.2 飛行狀態(tài)參數(shù)簡介16-17
• 2.3 小型無人機非線性模型的建立17-21
• 2.3.1 無人機所受力和力矩分析17-19
• 2.3.2 六自由度非線性模型19-21
• 2.4 氣動導數(shù)的計算21-24
• 2.5 小型無人機模型配平及線性化24-28
• 2.5.1 小型無人機平衡點的配平25-26
• 2.5.2 小型無人機解耦線性化26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 小型無人機控制律設計29-51
• 3.1 無人機開環(huán)特性分析29-31
• 3.1.1 設計狀態(tài)點29-30
• 3.1.2 穩(wěn)定性分析30-31
• 3.2 控制律設計方法基礎31-38
• 3.2.1 控制策略分析32
• 3.2.2 線性二次最優(yōu)控制理論基礎32-38
• 3.3 縱向控制律分析和設計38-44
• 3.3.1 俯仰角姿態(tài)保持控制律38-41
• 3.3.2 高度控制回路41-44
• 3.4 橫側(cè)向控制律的分析和設計44-50
• 3.4.1 傾斜姿態(tài)保持/控制模態(tài)45-46
• 3.4.2 荷蘭滾阻尼回路設計46-47
• 3.4.3 航向保持/控制模態(tài)控制律設計47-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 小型無人機飛行控制系統(tǒng)軟硬件設計51-65
• 4.1 小型無人機飛行控制系統(tǒng)對控制器的要求51
• 4.2 系統(tǒng)構成51-52
• 4.3 控制器硬件方案設計52-53
• 4.4 傳感器選型53-56
• 4.5 軟件設計56-64
• 4.5.1 Metrowerks CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境簡介56
• 4.5.2 串口通信程序設計56-57
• 4.5.3 ADC數(shù)據(jù)采集程序57-59
• 4.5.4 舵機控制信號PWM程序59-60
• 4.5.5 GPS信號提取程序設計60-62
• 4.5.6 加速度信號的提取62-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第五章 可視化仿真系統(tǒng)研究65-75
• 5.1 可視化仿真平臺框架65-66
• 5.2 無人機虛擬現(xiàn)實軟件的實現(xiàn)66-70
• 5.2.1 開發(fā)工具的選擇66
• 5.2.2 主要功能的實現(xiàn)和關鍵技術66-70
• 5.3 數(shù)據(jù)鏈路與多線程技術70-72
• 5.3.1 MATLAB下串口通信設計70-71
• 5.3.2 UDP網(wǎng)絡通信接口設計71-72
• 5.4 simulink仿真模型72-73
• 5.5 三維動畫仿真73-74
• 5.6 本章小結(jié)74-75
• 第六章 全文總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻77-80
• 附錄1 無人機模型基本參數(shù)80-81
• 致謝81-82
• 攻讀學位期間主要的研究成果82

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王躍;姚新宇;;基于T-S模型的無人機模糊控制器[J];兵工自動化;2009年11期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 石\~;微小型無人機電機驅(qū)動設計及飛行姿態(tài)仿真[D];北京交通大學;2011年

2 葉水根;某型無人機空中階段控制律設計與仿真[D];電子科技大學;2011年

3 孫偉;低成本的小型無人機飛行控制[D];南京航空航天大學;2011年

4 李欣;小型無人機簡化配置控制律設計技術研究[D];南京航空航天大學;2011年

5 陳小昆;無人機縱向氣動布局與控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究[D];國防科學技術大學;2011年

6 陳惠智;小型無人直升機建模及控制系統(tǒng)設計[D];南京理工大學;2012年

7 谷新宇;微小型無人機飛行控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];國防科學技術大學;2010年

8 楊玉蕾;民機自動飛行系統(tǒng)工作模式研究[D];南京航空航天大學;2012年

9 李海泉;小型無人機飛行力學建模及虛擬訓練平臺的建立[D];南京航空航天大學;2012年

10 朱雯雯;輪式起降無人機全包線控制律設計技術研究[D];南京航空航天大學;2012年

  本文關鍵詞：小型無人機控制律設計及仿真研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：332294