本文關(guān)鍵詞：小型高速無人機(jī)及其協(xié)同編隊(duì)控制技術(shù)研究

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【摘要】：隨著無人機(jī)的小型化、高速化,小型高速無人機(jī)正以它獨(dú)有的特點(diǎn)在軍事乃至民用領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的功能作用。多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行,可提高無人機(jī)完成任務(wù)的效率,在軍事和民用方面擁有廣闊的應(yīng)用前景,正在受到愈來愈廣泛的關(guān)注。本文以實(shí)驗(yàn)室某型小型高速無人機(jī)為研究對(duì)象,開展了無人機(jī)整體的數(shù)學(xué)建模,編隊(duì)運(yùn)動(dòng)建模,研究了小型高速無人機(jī)的控制律設(shè)計(jì)以及其在編隊(duì)飛行時(shí)的編隊(duì)控制設(shè)計(jì),進(jìn)行了控制律設(shè)計(jì)的仿真試驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。首先,采用六自由度十二階微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,接著進(jìn)行線性化和通道解耦。基于線性化后的模型進(jìn)行了橫縱向的操穩(wěn)特性分析。其次,針對(duì)無人機(jī)的編隊(duì)運(yùn)動(dòng),分析了無人機(jī)在編隊(duì)飛行過程中所受外界干擾因素的影響,分別對(duì)基本編隊(duì)運(yùn)動(dòng)以及受渦流氣動(dòng)干擾下的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)分別進(jìn)行建模。對(duì)兩種建模方式下進(jìn)行仿真分析氣動(dòng)干擾對(duì)編隊(duì)飛行的影響。然后,針對(duì)研究對(duì)象慣性小、阻尼小、控制難等特點(diǎn)對(duì)內(nèi)環(huán)回路進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)。針對(duì)編隊(duì)飛行時(shí)所受外界影響大,提出了一種改進(jìn)的魯棒伺服LQR控制方法,該方法將魯棒伺服LQR控制和模型參考自適應(yīng)控制結(jié)合起來,使系統(tǒng)獲得良好的控制性能。最后,研究了同一水平面內(nèi)的無人機(jī)編隊(duì)飛行的隊(duì)形控制器的設(shè)計(jì)。用自適應(yīng)控制方法分別對(duì)氣動(dòng)干擾結(jié)構(gòu)已知而參數(shù)未知以及外界干擾結(jié)構(gòu)未知而函數(shù)值有界這兩種情況進(jìn)行編隊(duì)飛行控制設(shè)計(jì),隊(duì)形控制器的控制效果通過仿真得到了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 小型高速 協(xié)同編隊(duì) 魯棒LQR 模型參考 自適應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.12
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 課題研究背景與意義13-14
• 1.2 小型高速無人機(jī)14-17
• 1.2.1 小型高速無人機(jī)特點(diǎn)14-16
• 1.2.2 小型高速無人機(jī)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 編隊(duì)飛行的意義與現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 編隊(duì)飛行研究的意義18
• 1.3.2 編隊(duì)控制關(guān)鍵問題及研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文研究的內(nèi)容及論文的安排20-22
• 第二章 小型高速無人機(jī)建模與特性分析22-35
• 2.1 坐標(biāo)系及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換22-23
• 2.1.1 常用坐標(biāo)系22-23
• 2.1.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換23
• 2.2 無人機(jī)六自由度運(yùn)動(dòng)方程23-26
• 2.3 合力與合力矩26-29
• 2.3.1 氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩26-28
• 2.3.2 控制力和力矩28
• 2.3.3 重力28-29
• 2.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)推力29
• 2.4 對(duì)象特性分析29-34
• 2.4.1 縱向操穩(wěn)特性分析29-31
• 2.4.2 jk側(cè)向操穩(wěn)特性分析31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 無人機(jī)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)建模35-48
• 3.1 基本編隊(duì)運(yùn)動(dòng)建模35-37
• 3.2 編隊(duì)飛行不確定性分析37-41
• 3.2.1 飛機(jī)自身不確定性38
• 3.2.2 編隊(duì)飛行環(huán)境不確定性38
• 3.2.3 長機(jī)渦流影響不確定性38-41
• 3.3 渦旋干擾下編隊(duì)飛行建模41-47
• 3.3.1 氣動(dòng)耦合建模41-44
• 3.3.2 氣動(dòng)耦合仿真分析44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 小型高速無人機(jī)飛行控制設(shè)計(jì)48-68
• 4.1 常規(guī)滾轉(zhuǎn)控制回路設(shè)計(jì)48-51
• 4.2 基于改進(jìn)魯棒LQR控制的無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)51-67
• 4.2.1 角速率回路設(shè)計(jì)52-61
• 4.2.1.1 魯棒伺服LQR主控制器的設(shè)計(jì)54-56
• 4.2.1.2 模型參考自適應(yīng)控制補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)56-57
• 4.2.1.3 系統(tǒng)魯棒性理論分析57-61
• 4.2.2 姿態(tài)角回路設(shè)計(jì)61-64
• 4.2.3 外環(huán)回路設(shè)計(jì)64-67
• 4.2.3.1 飛行速度回路設(shè)計(jì)64-66
• 4.2.3.2 高度回路設(shè)計(jì)66-67
• 4.3 本章小結(jié)67-68
• 第五章 小型高速無人機(jī)編隊(duì)控制器設(shè)計(jì)68-78
• 5.1 編隊(duì)飛行控制原理68-69
• 5.2 基于自適應(yīng)控制的編隊(duì)飛行控制69-77
• 5.2.1 氣動(dòng)耦合參數(shù)未知的編隊(duì)飛行控制設(shè)計(jì)69-74
• 5.2.1.1 編隊(duì)飛行控制設(shè)計(jì)69-72
• 5.2.1.2 仿真與分析72-74
• 5.2.2 干擾模型結(jié)構(gòu)未知的編隊(duì)飛行控制設(shè)計(jì)74-77
• 5.2.2.1 編隊(duì)飛行控制設(shè)計(jì)74-75
• 5.2.2.2 仿真與分析75-77
• 5.3 本章小結(jié)77-78
• 第六章 工作總結(jié)與展望78-80
• 6.1 主要工作總結(jié)78
• 6.2 后續(xù)工作及展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 致謝83-84
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

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