變推力軸線無人機(jī)飛行控制技術(shù)研究.pdf

1、偵察與打擊是無人機(jī)在未來戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮重要作用的兩個(gè)方面。察打一體化無人機(jī)具有巡航偵察、實(shí)時(shí)攻擊等多方面的能力,正逐漸成為世界各國(guó)研究的重點(diǎn)對(duì)象之一。軌跡精確跟蹤控制是察打無人機(jī)需要解決的重要問題。基于未來戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì),本文研究了變推力軸線無人機(jī)的軌跡控制問題。
　　 啟發(fā)于推力矢量技術(shù)在飛行控制中的成功應(yīng)用,提出了螺旋槳無人機(jī)的變推力軸線技術(shù)。建立了變推力軸線無人機(jī)的非線性全量數(shù)學(xué)模型,分析了與傳統(tǒng)無人機(jī)數(shù)學(xué)模型之間的區(qū)別。

2、基于常規(guī)飛機(jī)機(jī)動(dòng)性與敏捷性的概念,推導(dǎo)了變推力軸線無人機(jī)能量機(jī)動(dòng)性、變向機(jī)動(dòng)性、變空間位置機(jī)動(dòng)性、瞬態(tài)敏捷性、功能敏捷性、潛力敏捷性等指標(biāo)的計(jì)算公式,并與普通無人機(jī)進(jìn)行了比較分析,結(jié)果表明了推力變向技術(shù)在一定條件下能夠提高或改善無人機(jī)的機(jī)敏性。
　　 針對(duì)察打一體化無人機(jī)的姿態(tài)控制問題,在氣動(dòng)舵面控制的基礎(chǔ)上,增加了推力變向控制,從而提出了基于氣動(dòng)操縱面與可變推力的混合姿態(tài)控制策略,其中推力變向控制律與氣動(dòng)操縱面控制律在形式上是

3、一致的,通過對(duì)非線性對(duì)象的仿真研究,驗(yàn)證了變推力軸線無人機(jī)數(shù)學(xué)模型的正確性,也表明推力變向技術(shù)能夠增加飛機(jī)的操縱能力,改善了無人機(jī)的姿態(tài)控制效果。針對(duì)察打一體化無人機(jī)的軌跡控制問題,設(shè)計(jì)了由姿態(tài)內(nèi)回路和軌跡外回路組成的控制系統(tǒng),姿態(tài)回路的控制量仍然是三個(gè)氣動(dòng)操縱面,而軌跡回路增加了兩個(gè)推力偏轉(zhuǎn)角,非線性對(duì)象的仿真結(jié)果表明,基于高度差、偏航距等軌跡信息的推力偏轉(zhuǎn)控制技術(shù)能夠?qū)?shí)現(xiàn)無人機(jī)的較好控制,提高了軌跡控制精度。
　　 為進(jìn)一

4、步提高變推力軸線技術(shù)在察打一體化無人機(jī)上的作用,引入大腦情感學(xué)習(xí)智能控制技術(shù)來設(shè)計(jì)推力偏轉(zhuǎn)控制律,從而提高控制器的在線自適應(yīng)能力。在理論分析大腦情感學(xué)習(xí)智能控制器內(nèi)部學(xué)習(xí)權(quán)值穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計(jì)了基于大腦情感學(xué)習(xí)的推力變向直接控制方案與間接控制方案,通過非線性對(duì)象的仿真研究,表明了兩種智能控制結(jié)構(gòu)均在一定程度上改善了無人機(jī)的姿態(tài)與軌跡控制效果,充分體現(xiàn)了基于大腦情感學(xué)習(xí)的飛行控制系統(tǒng)具有較好的自整定和自適應(yīng)能力。
　　 為解

5、決變推力軸線無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)問題,在討論變推力軸線無人機(jī)系統(tǒng)整體構(gòu)架的基礎(chǔ)上,分別針對(duì)變推力軸線無人機(jī)的軟硬件系統(tǒng)展開了器件選型和設(shè)計(jì)。并在設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)用模塊化技術(shù)解決了系統(tǒng)硬件組建和通訊軟件設(shè)計(jì)問題,根據(jù)飛行控制的任務(wù)需求,設(shè)計(jì)了軟件分層、定時(shí)器分級(jí)的軟件邏輯構(gòu)架,同時(shí)為了豐富人機(jī)交互界面,基于VC++開發(fā)工具設(shè)計(jì)了一套無人機(jī)界面控件庫(kù),有效地加快了飛行控制系統(tǒng)的軟件研發(fā)進(jìn)度,增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可維護(hù)性。
　　 為