鲁棒H∞/S面模型的无人机飞行控制方法研究

作     者：赵兴成 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：原梅妮

授予年度：2019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：无人机 飞行控制 S面控制 鲁棒H∞控制 仿真试验 飞行控制律评估 稳定性 

摘      要：无人机在完成其设定任务时需要具备良好的控制性能,以及受到外界扰动时的稳定性能。一般来说,控制模型越简单,控制精度越高,越能满足无人机这一特殊载体的需要。因此本文将控制模型简单精度较高的S面控制运用到无人机飞行控制中,其模型在水下机器人领域已经得到广泛的应用。同时利用鲁棒H模型对其进行改进,设计了一种基于鲁棒H/S面模型的控制方法。并针对该控制方法,以某型无人机为例进行了纵向飞行仿真试验、横侧向飞行仿真试验和模型参数不确定性的研究。针对无人机纵向飞行控制问题,本文采用鲁棒H控制来控制内环俯仰角的变化,外环采用S面控制来控制高度和速度的偏差和偏差变化率。研究了有无外界扰动下的俯仰角响应、高度响应和速度响应。分析了鲁棒H/S面模型控制方法的快速性和稳定性。面对无人机的横侧向控制问题,设计了鲁棒H控制器来对侧滑角进行控制,采用S面控制对滚转角的偏差和偏差变化率进行控制。通过仿真试验分析了有无外界干扰下的滚转角响应和横侧向轨迹的变化响应。研究了鲁棒H/S面模型控制方法的各项性能。采用基于结构奇异值分析的方法对本文所设计的控制律进行了评估。分析了控制律评估的过程,说明了结构奇异值分析评估的方法。针对无人机高度控制在允许参数摄动±20%的情况下进行了仿真试验,研究分析了鲁棒H/S面模型控制方法的鲁棒性能。