小型無人機飛行控制系統(tǒng)設計研究.pdf

1、無人機研究是當今航空航天研究的一個熱門方向，自問世以來，其發(fā)展與應用就受到了世界各國的高度重視。飛行控制系統(tǒng)作為無人機的關(guān)鍵子系統(tǒng)，對無人機的作戰(zhàn)性能、可靠性和生存性都有著重要影響?，F(xiàn)有的自駕儀大都不向用戶開放源碼，而且控制參數(shù)難以調(diào)整，因此研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的飛行控制系統(tǒng)具有極其重要的現(xiàn)實意義。本文主要在以下幾個方面進行了研究：
　　首先分析了飛控系統(tǒng)研究的現(xiàn)實需求，在比較動態(tài)逆控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等先進控制方法

2、優(yōu)劣的基礎上，選擇基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡的方法對飛控系統(tǒng)進行設計，并簡要介紹了PID神經(jīng)網(wǎng)絡的主要特點和它在系統(tǒng)辨識、非線性控制等方面的獨特優(yōu)勢。
　　云臺是無人機完成偵察和監(jiān)視任務的主要部件，針對小型舵機云臺設計了一種控制方法，它利用機上已有的傳感器信息，結(jié)合被觀測目標點的GPS坐標，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標點的跟蹤觀測。針對舵機在執(zhí)行控制指令時的延遲問題，采用離線的神經(jīng)網(wǎng)絡逆模型辨識方法，得到舵機的逆模型，從而修正對攝像機俯仰角和方位角的控

3、制輸入，達到了較好的控制效果。
　　無人機航跡規(guī)劃是無人機飛行任務管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其規(guī)劃結(jié)果將作為無人機控制系統(tǒng)的輸入。采用最優(yōu)控制原理，分析了無人機在無風條件下的航跡規(guī)劃策略，并給出了確定最優(yōu)航跡的方法和步驟，針對常值風場下的航跡規(guī)劃問題，給出了向無風條件下航跡規(guī)劃轉(zhuǎn)換的策略，并進行仿真驗證了該航跡規(guī)劃方法的可行性。
　　為了保證控制系統(tǒng)的初始穩(wěn)定性，采用遺傳算法對神經(jīng)網(wǎng)絡的初始權(quán)值進行優(yōu)化，這就需要建立被控系統(tǒng)的數(shù)學

4、模型。采用基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡的方法分別對無人機的縱向和橫航向模型進行了辨識，以實際飛行數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練樣本，采用遺傳算法對網(wǎng)絡權(quán)值進行優(yōu)化，辨識結(jié)果表明，該方法具有較高的辨識精度，能滿足控制系統(tǒng)設計需求。
　　最后采用基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡的方法進行了控制律設計，在離線情況下采用遺傳算法對神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的的初始權(quán)值進行優(yōu)化，并給出了權(quán)值在線調(diào)整的更新公式，仿真結(jié)果表明該方法能對無人機實行穩(wěn)定控制，控制參數(shù)能自適應變化，具有較高