基于逆模型的飞翼无人机飞行控制技术研究

作     者：赵塞峰 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李秀娟

授予年度：2016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：飞翼无人机 角加速度伪指令 控制分配 鲁棒自适应控制 机动飞行 

摘      要：飞翼无人机以其得天独厚的气动布局赢得了广泛的关注和应用,但其操纵面数量多,操纵效率差异大且操纵耦合强,需要进行合理的操纵面配置;而且飞翼无人机航向静不稳定,在机动飞行时非线性特性显著,角运动耦合严重。本文为此设计了基于角加速度伪控制指令的角动力逆模型,解决了操纵面合理配置以及耦合的问题。在此逆模型的基础上设计了控制品质良好的纵横向控制律,完成机动飞行任务。根据样例飞翼无人机操纵布局和操纵特性,以角加速度为控制指令,采用离散链式直接控制分配方法实现多操纵面合理配置,仿真验证其正确性。根据角动力学原理建立逆模型,实现三轴角加速度伪控制指令到操纵面偏转的映射。在逆模型基础上基于鲁棒自适应控制原理,纵向设计了以C*为被控变量的RSLQR-L1控制器,实现了高度变化率和高度的准确跟踪。针对无人机航向不稳定特性,在惯性解耦和交叉解耦后设计增稳控制律,在此基础上设计了以滚转角为被控变量的RSLQR控制器,实现了大滚转角的快速响应以及航迹跟踪,为无人机机动飞行奠定了基础。应用MATLAB软件搭建了数值仿真环境,对快速转弯、跃升俯冲以及滚筒机动进行了综合仿真验证,结果表明在模型不确定性、风扰动等情况的影响下,所设计的控制律能够协调控制样例飞翼无人机,完成预定的机动飞行任务,满足机动鲁棒性、准确性和快速性的要求。