小型高速无人机及其协同编队控制技术研究

发布时间：2017-08-12 13:18

  本文关键词：小型高速无人机及其协同编队控制技术研究

  更多相关文章： 无人机 小型高速 协同编队 鲁棒LQR 模型参考 自适应

【摘要】：随着无人机的小型化、高速化,小型高速无人机正以它独有的特点在军事乃至民用领域发挥越来越重要的功能作用。多无人机协同编队飞行,可提高无人机完成任务的效率,在军事和民用方面拥有广阔的应用前景,正在受到愈来愈广泛的关注。本文以实验室某型小型高速无人机为研究对象,开展了无人机整体的数学建模,编队运动建模,研究了小型高速无人机的控制律设计以及其在编队飞行时的编队控制设计,进行了控制律设计的仿真试验并对结果进行分析。首先,采用六自由度十二阶微分方程进行数学建模,接着进行线性化和通道解耦。基于线性化后的模型进行了横纵向的操稳特性分析。其次,针对无人机的编队运动,分析了无人机在编队飞行过程中所受外界干扰因素的影响,分别对基本编队运动以及受涡流气动干扰下的编队运动分别进行建模。对两种建模方式下进行仿真分析气动干扰对编队飞行的影响。然后,针对研究对象惯性小、阻尼小、控制难等特点对内环回路进行控制律设计。针对编队飞行时所受外界影响大,提出了一种改进的鲁棒伺服LQR控制方法,该方法将鲁棒伺服LQR控制和模型参考自适应控制结合起来,使系统获得良好的控制性能。最后,研究了同一水平面内的无人机编队飞行的队形控制器的设计。用自适应控制方法分别对气动干扰结构已知而参数未知以及外界干扰结构未知而函数值有界这两种情况进行编队飞行控制设计,队形控制器的控制效果通过仿真得到了验证。
【关键词】：无人机 小型高速 协同编队 鲁棒LQR 模型参考 自适应
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景与意义13-14
• 1.2 小型高速无人机14-17
• 1.2.1 小型高速无人机特点14-16
• 1.2.2 小型高速无人机研究现状16-17
• 1.3 编队飞行的意义与现状17-20
• 1.3.1 编队飞行研究的意义18
• 1.3.2 编队控制关键问题及研究现状18-20
• 1.4 本文研究的内容及论文的安排20-22
• 第二章 小型高速无人机建模与特性分析22-35
• 2.1 坐标系及其坐标转换22-23
• 2.1.1 常用坐标系22-23
• 2.1.2 坐标系之间的转换23
• 2.2 无人机六自由度运动方程23-26
• 2.3 合力与合力矩26-29
• 2.3.1 气动力和气动力矩26-28
• 2.3.2 控制力和力矩28
• 2.3.3 重力28-29
• 2.3.4 发动机推力29
• 2.4 对象特性分析29-34
• 2.4.1 纵向操稳特性分析29-31
• 2.4.2 jk侧向操稳特性分析31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 无人机编队运动建模35-48
• 3.1 基本编队运动建模35-37
• 3.2 编队飞行不确定性分析37-41
• 3.2.1 飞机自身不确定性38
• 3.2.2 编队飞行环境不确定性38
• 3.2.3 长机涡流影响不确定性38-41
• 3.3 涡旋干扰下编队飞行建模41-47
• 3.3.1 气动耦合建模41-44
• 3.3.2 气动耦合仿真分析44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 小型高速无人机飞行控制设计48-68
• 4.1 常规滚转控制回路设计48-51
• 4.2 基于改进鲁棒LQR控制的无人机系统设计51-67
• 4.2.1 角速率回路设计52-61
• 4.2.1.1 鲁棒伺服LQR主控制器的设计54-56
• 4.2.1.2 模型参考自适应控制补偿器的设计56-57
• 4.2.1.3 系统鲁棒性理论分析57-61
• 4.2.2 姿态角回路设计61-64
• 4.2.3 外环回路设计64-67
• 4.2.3.1 飞行速度回路设计64-66
• 4.2.3.2 高度回路设计66-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 小型高速无人机编队控制器设计68-78
• 5.1 编队飞行控制原理68-69
• 5.2 基于自适应控制的编队飞行控制69-77
• 5.2.1 气动耦合参数未知的编队飞行控制设计69-74
• 5.2.1.1 编队飞行控制设计69-72
• 5.2.1.2 仿真与分析72-74
• 5.2.2 干扰模型结构未知的编队飞行控制设计74-77
• 5.2.2.1 编队飞行控制设计74-75
• 5.2.2.2 仿真与分析75-77
• 5.3 本章小结77-78
• 第六章 工作总结与展望78-80
• 6.1 主要工作总结78
• 6.2 后续工作及展望78-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

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本文编号：661788