基于視覺的無人機自主著艦動力學建模與控制技術研究.pdf

1、具有自主著艦能力的大型固定翼艦載無人機是下一代艦載機的研究方向；視覺導航技術在提高無人機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自主著艦需求，本文研究了基于視覺導航的自主著艦策略與魯棒控制技術。
　　針對視覺導航下大型固定翼無人機自主著艦這一需求；本文首先通過分析大型固定翼無人機的自主著艦條件，設計了基于視覺的自主著艦流程；然后結合視線制導的原理以及無人機的動力學約束，利用三次樣條插值，在線生成了無人機在著艦坐標系

2、下的理想著艦軌跡（由一系列包含了無人機與理想著艦點之間相對位置、相對速度、相對航跡角等信息的航跡點組成）；最終將視線法直接跟蹤理想著艦點轉化為航跡跟蹤控制問題，并且給出了基于視覺的無人機自主著艦控制策略。
　　針對基于視覺的航跡魯棒控制器設計問題，本文在建模時一方面將無人機質心動力學矢量重新投影在航跡坐標系下，建立無人機六自由度動力學模型，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，得到理想著艦點的位置攝

3、動信息，對航跡跟蹤控制進行偏差補償；并且通過建立視覺測量模型，分析視覺導航系統(tǒng)輸入/輸出之間的關系，從而針對視覺不確定性設計魯棒控制器。在以上建模工作基礎上，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上，設計2/H H混合控制器。仿真表明設計的內(nèi)環(huán)控制改善了無人機姿態(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航系統(tǒng)存在的常見問題對控制系統(tǒng)的影響，驗證