無人機非線性姿態(tài)控制律設(shè)計及仿真研究.pdf

1、無人機自動飛行控制系統(tǒng)是無人機的核心部分，無人機各項性能在很大程度上都取決于其飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計。因此，研究無人機的自動飛行控制技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。 本文的研究對象為基于常規(guī)氣動布局的無人機，首先建立了無人機動力學(xué)方程組以及通過坐標變換關(guān)系得出的運動學(xué)方程組，從而推導(dǎo)出無人機的六自由度、非線性數(shù)學(xué)模型；結(jié)合Aerosim仿真工具箱，建立了無人機的Simulink仿真模型，包括力方程組、運動方程組、力矩方程組和導(dǎo)航方程組

2、模型。在此基礎(chǔ)上，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，分析了常規(guī)PID控制在無人機上的應(yīng)用，并且以俯仰角為輸入量進行了研究，仿真結(jié)果表明響應(yīng)時間長，超調(diào)量大，并且針對不同飛行狀態(tài)必須設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)，該過程繁瑣。 針對上述研究結(jié)果，在參照了動態(tài)逆控制在有人機上成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將動態(tài)逆控制應(yīng)用到無人機的控制律設(shè)計，根據(jù)奇異攝動理論按狀態(tài)變量變化的快慢，分別設(shè)計了無人機的內(nèi)環(huán)快變量控制器/外環(huán)慢變量控制器。結(jié)合aerosonde無人機的氣

3、動參數(shù)進行了仿真研究，結(jié)果表明所設(shè)計的控制律可取得較為滿意的結(jié)果，但該設(shè)計方法要求無人機必須精確建模，且魯棒性較差。 為了提高控制性能，結(jié)合PID魯棒控制和非線性動態(tài)逆控制，提出了一種新型的內(nèi)/外環(huán)控制器設(shè)計的方法，該方法較好的解決了上述兩種控制方法的不足，仿真結(jié)果表明設(shè)計的控制律滿足飛行控制品質(zhì)的要求。 最后基于Matlab的VR工具箱，運用VRML構(gòu)造器，搭建了無人機的虛擬現(xiàn)實飛行仿真系統(tǒng)；將計算機三維動畫技術(shù)應(yīng)