基于視覺的無人機(jī)自主著艦動力學(xué)建模與控制技術(shù)研究.pdf

1、具有自主著艦?zāi)芰Φ拇笮凸潭ㄒ砼炤d無人機(jī)是下一代艦載機(jī)的研究方向；視覺導(dǎo)航技術(shù)在提高無人機(jī)著艦的自主性方面有很大的優(yōu)越性。針對大型固定翼艦載無人機(jī)自主著艦需求，本文研究了基于視覺導(dǎo)航的自主著艦策略與魯棒控制技術(shù)。
　　針對視覺導(dǎo)航下大型固定翼無人機(jī)自主著艦這一需求；本文首先通過分析大型固定翼無人機(jī)的自主著艦條件，設(shè)計了基于視覺的自主著艦流程；然后結(jié)合視線制導(dǎo)的原理以及無人機(jī)的動力學(xué)約束，利用三次樣條插值，在線生成了無人機(jī)在著艦坐標(biāo)系

2、下的理想著艦軌跡（由一系列包含了無人機(jī)與理想著艦點(diǎn)之間相對位置、相對速度、相對航跡角等信息的航跡點(diǎn)組成）；最終將視線法直接跟蹤理想著艦點(diǎn)轉(zhuǎn)化為航跡跟蹤控制問題，并且給出了基于視覺的無人機(jī)自主著艦控制策略。
　　針對基于視覺的航跡魯棒控制器設(shè)計問題，本文在建模時一方面將無人機(jī)質(zhì)心動力學(xué)矢量重新投影在航跡坐標(biāo)系下，建立無人機(jī)六自由度動力學(xué)模型，依據(jù)模型是否涉及到航跡信息將其分為內(nèi)外回路。另一方面建立著艦環(huán)境模型，得到理想著艦點(diǎn)的位置攝

3、動信息，對航跡跟蹤控制進(jìn)行偏差補(bǔ)償；并且通過建立視覺測量模型，分析視覺導(dǎo)航系統(tǒng)輸入/輸出之間的關(guān)系，從而針對視覺不確定性設(shè)計魯棒控制器。在以上建模工作基礎(chǔ)上，內(nèi)回路采用魯棒伺服LQR狀態(tài)反饋控制，在外回路在引入視覺測量模型不確定性的基礎(chǔ)上，設(shè)計2/H H混合控制器。仿真表明設(shè)計的內(nèi)環(huán)控制改善了無人機(jī)姿態(tài)控制的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性；外環(huán)航跡跟蹤魯棒控制效果良好。
　　最后，本文仿真分析了視覺導(dǎo)航系統(tǒng)存在的常見問題對控制系統(tǒng)的影響，驗證