無(wú)人機(jī)自主編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究.pdf

1、本文主要進(jìn)行了無(wú)人機(jī)自主編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究。針對(duì)無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的實(shí)際特點(diǎn),首先討論了編隊(duì)飛行系統(tǒng)的建模問(wèn)題,在單機(jī)運(yùn)動(dòng)方程和平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的基礎(chǔ)上建立了編隊(duì)飛行系統(tǒng)空間模型,然后討論了氣動(dòng)耦合效應(yīng)對(duì)編隊(duì)飛行隊(duì)列中飛機(jī)的影響。接著,分別研究了模糊控制,自適應(yīng)控制及滑模控制理論在編隊(duì)飛行控制中的運(yùn)用,其中考慮到編隊(duì)飛行遭遇的不確定因素,分別設(shè)計(jì)了編隊(duì)飛行自適應(yīng)控制系統(tǒng),編隊(duì)飛行滑?？刂葡到y(tǒng),并進(jìn)行仿真分析,對(duì)編隊(duì)飛行控制

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 1、研究了編隊(duì)飛行系統(tǒng)建模問(wèn)題。將相鄰兩機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程投影到平面氣流坐標(biāo)中,給出了編隊(duì)飛行平面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程。在單機(jī)模型的基礎(chǔ)上,將編隊(duì)隊(duì)列中單機(jī)的飛行狀態(tài)量和相鄰兩機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程投影到第I架飛機(jī)氣流坐標(biāo)系中討論,建立了編隊(duì)飛行系統(tǒng)空間模型。
　　 2、研究了氣動(dòng)耦合效應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的影響問(wèn)題。用馬蹄渦模型簡(jiǎn)化編隊(duì)飛行中飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生的渦流,建

3、立編隊(duì)飛行渦模型。討論編隊(duì)隊(duì)列中相鄰兩機(jī)之間的氣動(dòng)耦合效應(yīng),具體計(jì)算了由于第i-1架飛機(jī)的渦流在第i架飛機(jī)上產(chǎn)生的誘導(dǎo)速度及氣動(dòng)力增量。將氣動(dòng)效應(yīng)影響加入到第i架飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀,修正了原有的自動(dòng)駕駛儀,并進(jìn)行了數(shù)值仿真。分析比較有無(wú)氣動(dòng)耦合影響的兩種系統(tǒng)的仿真結(jié)果后,可以看出考慮氣動(dòng)耦合影響的系統(tǒng)在鄰機(jī)飛行狀態(tài)發(fā)生改變的情況下,系統(tǒng)響應(yīng)變化要比無(wú)氣動(dòng)耦合影響的系統(tǒng)大。
　　 3、研究模糊控制在編隊(duì)飛行控制中的應(yīng)用。將模糊控制理

4、論用于編隊(duì)飛行控制系統(tǒng),以空中加油任務(wù)為背景,建立了長(zhǎng)僚機(jī)雙機(jī)編隊(duì)系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng),對(duì)僚機(jī)的速度、高度和偏航角通道進(jìn)行控制,仿真結(jié)果顯示,此模糊控制系統(tǒng)能達(dá)到編隊(duì)飛行的要求,驗(yàn)證了模糊控制在編隊(duì)飛行控制中的有效性。
　　 4、研究了具有不確定因素的編隊(duì)飛行系統(tǒng)的自適應(yīng)控制問(wèn)題。以編隊(duì)飛行平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程和自動(dòng)駕駛儀為基礎(chǔ),針對(duì)編隊(duì)飛行中會(huì)遇到內(nèi)部或外界不明擾動(dòng)影響的特點(diǎn),分別討論了編隊(duì)飛行系統(tǒng)參數(shù)未知和模型未知兩種情況下的自適

5、應(yīng)控制問(wèn)題。當(dāng)編隊(duì)飛行系統(tǒng)模型未知時(shí),將隊(duì)列中飛機(jī)所受到的不確定項(xiàng)分為時(shí)變函數(shù)和常值函數(shù)來(lái)分別研究設(shè)計(jì)自適應(yīng)估計(jì)律和自適應(yīng)控制器,仿真結(jié)果顯示,在模型未知的情況下,自主編隊(duì)飛行系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比氣動(dòng)力增量參數(shù)未知的情況要長(zhǎng)。
　　 5、研究了非線(xiàn)性編隊(duì)飛行系統(tǒng)空間模型的滑模變結(jié)構(gòu)控制問(wèn)題。針對(duì)編隊(duì)飛行系統(tǒng)空間模型的非線(xiàn)性程度和不確定性的影響,設(shè)計(jì)了編隊(duì)飛行滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。只需知道相鄰一架飛機(jī)的飛行狀態(tài)的情況下,滑?？刂破骺?/p>

6、對(duì)編隊(duì)隊(duì)列中任意一架飛機(jī)進(jìn)行控制。由于實(shí)際編隊(duì)飛行中不確定量上界具有不可知性,研究設(shè)計(jì)了一種基于自適應(yīng)估計(jì)的滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng),仿真結(jié)果表明,該具有不確定量的滑模控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定編隊(duì)飛行,編隊(duì)飛行空間模型適用于研究編隊(duì)隊(duì)列中的飛機(jī)做機(jī)動(dòng)飛行運(yùn)動(dòng)時(shí)的自主編隊(duì)飛行控制問(wèn)題。
　　 綜上所述,本文對(duì)自主編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究,針對(duì)編隊(duì)飛行中存在不確定因素影響的特點(diǎn)對(duì)控制方法進(jìn)行了詳細(xì)研究討論,仿真效果顯示出各種控制方法