飛行器棲落機(jī)動(dòng)是受自然界中鳥(niǎo)類棲落過(guò)程的啟發(fā),通過(guò)迅速拉大飛行器攻角,利用大迎角姿態(tài)產(chǎn)生高阻力,從而實(shí)現(xiàn)快速減速并精準(zhǔn)著陸的飛行過(guò)程。在飛行器進(jìn)入棲落機(jī)動(dòng)末段時(shí),飛行器處于低速、大迎角的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),傳統(tǒng)舵面氣動(dòng)效率極低而無(wú)法進(jìn)行有效的姿態(tài)操縱。針對(duì)該問(wèn)題,本文提出了在飛行器中加入變體結(jié)構(gòu)進(jìn)行輔助操縱的解決方案。本文以一種可改變主翼位置的變體無(wú)人機(jī)為對(duì)象,對(duì)該變體無(wú)人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)的縱向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了建模、軌跡優(yōu)化與控制研究。首先,進(jìn)行室內(nèi)飛行實(shí)驗(yàn),通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)測(cè)量獲得飛行數(shù)據(jù)。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合平板氣動(dòng)理論建立了變體無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)模型,并在該氣動(dòng)模型的基礎(chǔ)上建立了變體無(wú)人機(jī)的縱向動(dòng)力學(xué)模型。然后,采用廣義偽譜優(yōu)化軟件（GPOPS）對(duì)所建立的變體無(wú)人機(jī)模型進(jìn)行棲落過(guò)程軌跡優(yōu)化研究。優(yōu)化結(jié)果表明,與普通固定翼無(wú)人機(jī)相比,變體部件能夠顯著提高無(wú)人機(jī)的姿態(tài)操縱效率,從而改善無(wú)人機(jī)棲落機(jī)動(dòng)性能。隨后,以得到的最優(yōu)軌跡為參考軌跡,設(shè)計(jì)了時(shí)變最優(yōu)控制器來(lái)進(jìn)行飛行器的軌跡跟蹤控制。仿真結(jié)果表明,飛行器在偏離初始位置較小的情況下能夠有效跟蹤軌跡。變體結(jié)構(gòu)也改善了飛行器的姿態(tài)操縱能力。最后,構(gòu)建了變體無(wú)人機(jī)棲落機(jī)... 

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 課題研究背景及意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外棲落機(jī)動(dòng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展
        1.3.1 國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的主要項(xiàng)目
        1.3.2 非定常氣動(dòng)建模
        1.3.3 棲落軌跡優(yōu)化的研究
        1.3.4 變體飛行器棲落機(jī)動(dòng)的相關(guān)研究
        1.3.5 棲落機(jī)動(dòng)控制技術(shù)及其研究進(jìn)展
    1.4 棲落機(jī)動(dòng)變體結(jié)構(gòu)的引入意義
    1.5 研究?jī)?nèi)容及篇章結(jié)構(gòu)安排
第二章 變體飛行器棲落機(jī)動(dòng)建模
    2.1 引言
    2.2 飛行器過(guò)失速氣動(dòng)特性分析
    2.3 變體飛行器棲落機(jī)動(dòng)氣動(dòng)建模
        2.3.1 大迎角氣動(dòng)特性的理論模型
        2.3.2 飛行器變形方案設(shè)計(jì)
        2.3.3 飛行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)提取
        2.3.4 氣動(dòng)模型辨識(shí)與俯仰力矩推導(dǎo)
    2.4 變體飛行器棲落機(jī)動(dòng)動(dòng)力學(xué)建模
        2.4.1 坐標(biāo)軸系與基本假設(shè)
        2.4.2 變體無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立
    2.5 本章小結(jié)
第三章 飛行器棲落機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 基于GPOPS的Radau偽譜優(yōu)化法
    3.3 棲落機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化的約束與性能指標(biāo)
        3.3.1 軌跡優(yōu)化的約束設(shè)置
        3.3.2 軌跡優(yōu)化的指標(biāo)函數(shù)
    3.4 變體結(jié)構(gòu)輔助俯仰操縱的原理分析與優(yōu)化策略
    3.5 優(yōu)化結(jié)果與分析
        3.5.1 大范圍約束下優(yōu)化結(jié)果對(duì)比
        3.5.2 變體和非變體棲落機(jī)動(dòng)的姿態(tài)補(bǔ)償方式
        3.5.3 針對(duì)棲落機(jī)動(dòng)變體執(zhí)行階段的二次優(yōu)化
    3.6 本章小結(jié)
第四章 變體飛行器棲落機(jī)動(dòng)控制律設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 模型分段線性化
    4.3 可控性分析
    4.4 時(shí)變最優(yōu)控制律設(shè)計(jì)
    4.5 仿真分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 棲落機(jī)動(dòng)室內(nèi)飛行實(shí)驗(yàn)
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)滑翔機(jī)設(shè)計(jì)
        5.2.1 變體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.2 機(jī)載元件及飛行參數(shù)
    5.3 運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)
        5.3.1 運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)校準(zhǔn)
        5.3.2 運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)測(cè)試
    5.4 飛行系統(tǒng)體系架構(gòu)
        5.4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        5.4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文研究?jī)?nèi)容總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號(hào)：3725014