无人直升机自主着舰引导与控制技术研究

作     者：戴文正 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁锁中

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：无人直升机 飞行控制 视线制导 自主着舰 航线规划 甲板预估 

摘      要：舰载无人直升机已是现代水面舰艇作战系统不可缺少的组成部分，在未来战争中也将起着重要作用。无人舰载直升机的技术核心是设计与开发一种十分有效的制导系统，使直升机自主安全地降落在作六自由度运动着的舰船上。本文针对无人直升机的自主着舰引导与控制展开了研究。 首先对无人直升机及其着舰环境进行建模分析，建立了完整的着舰坐标体系;建立了无人直升机六自由度动力学模型;分析了无人直升机着舰的过程，将无人直升机自主着舰分为两个阶段——返航进场和下降着舰，分别进行研究。 其次设计了无人直升机飞行控制系统。基于工程应用的角度，采用PID经典控制对直升机四个通道的控制律进行了设计;考虑到着舰时外界的强干扰，研究采用神经网络动态逆进行了控制律设计;数值仿真验证了所设计控制系统的性能，结果表明基于神经网络动态逆的控制系统性能具有更好的动态跟踪性能与鲁棒性。 再次研究了无人直升机返航进场着舰问题。采用三次样条插值的方法设计了无人直升机返航进场的基准轨迹，采用视线法设计了无人直升机的制导律,对无人直升机返航进场段飞行进行了仿真验证。仿真表明所设计的系统能够实现引导与控制无人直升机沿着基准轨迹飞行至舰船附近。 最后研究了无人直升机下降着舰的控制问题。采用改进的AR模型设计了甲板预估器，确定最佳下降时间，设计了无人直升机下降着舰的控制律。数值仿真表明所设计的系统能够引导无人直升机在规定的时间降落到甲板上，满足着舰的指标要求。 研究表明，本文设计开发的无人直升机自主着舰系统，实现了引导与控制无人直升机自主导返航降落在飞行甲板上。本文的研究成果对实现无人直升机自主着舰工程化具有参考价值。