飞翼舰载无人机着舰控制技术研究

作     者：张孝伟 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李春涛

授予年度：2017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 着舰控制技术 相对运动建模 鲁棒伺服控制 自适应动态逆 

摘      要：舰载机是现代航母战斗群的主要打击力量,随着技术发展和战场任务需求,无人机上舰已成为一种必然的趋势。复杂的着舰环境和甲板的六自由度扰动运动使得着舰段成为无人机整个飞行过程中风险性最高的阶段。本文针对飞翼无人机着舰存在的控制问题,研究了自动着舰的控制和制导技术,实现了无人机的安全、可靠着舰。根据无人机与航母的相对运动关系,应用相对运动学原理,建立了机舰相对运动模型,给出了相对轨迹运动和相对姿态运动的准确数学描述。结合无人机动力学特性,在融合得到了无人机的侧滑角变化率的基础上,设计了飞翼无人机的航向增稳控制律,解决了样例无人机航向不稳定问题。在分析了航母斜角甲板对无人机着舰轨迹跟踪的影响后,应用鲁棒伺服控制理论,设计了平动轨迹跟踪控制律,实现了无人机对斜角甲板的精确跟踪。针对着舰末端无人机为跟踪航母运动而引起的姿态和轨迹的耦合问题,制定了姿态与轨迹的解耦控制策略,应用自适应动态逆理论,设计了相对俯仰角控制律和基于动压的相对高度控制律,实现了无人机对着舰相对轨迹线的高精度跟踪,有效地抑制了航母纵摇运动和垂荡运动对无人机着舰轨迹跟踪的影响,保证了无人机安全着舰。在Matlab/Simulink环境下搭建数字仿真模型,完成了自主着舰仿真验证。仿真结果验证了着舰控制律与制导律抗扰动能力强,能够克服舰尾气流场等外界因素对无人机着舰的不利影响,满足了飞翼无人机安全着舰的控制要求。