基于動(dòng)態(tài)逆的無人機(jī)控制律設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、無人機(jī)機(jī)動(dòng)性能成為飛行控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)，無人機(jī)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)產(chǎn)生的非線性問題逐漸成為控制律設(shè)計(jì)中亟需解決的問題。本文針對無人機(jī)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)產(chǎn)生的角運(yùn)動(dòng)耦合以及慣性耦合等非線性特性，應(yīng)用非線性動(dòng)態(tài)逆方法設(shè)計(jì)樣例無人機(jī)飛行控制律，解決無人機(jī)全包線增穩(wěn)與三維軌跡跟蹤等問題。
　　本文首先應(yīng)用牛頓剛體動(dòng)力學(xué)理論，建立了無人機(jī)六自由度數(shù)學(xué)模型，分析了樣例無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能、操穩(wěn)特性以及模態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合樣例無人機(jī)非線性特性，深入研究了單變

2、量系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)以及反饋型動(dòng)態(tài)逆控制理論，為樣例無人機(jī)全包線飛行控制律設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　其次，本文在分析樣例無人機(jī)俯仰軸角運(yùn)動(dòng)和速度線運(yùn)動(dòng)等動(dòng)力學(xué)特性后，應(yīng)用小擾動(dòng)原理建立了樣例無人機(jī)的縱向線性模型，結(jié)合單變量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)逆控制方法和經(jīng)典控制理論，設(shè)計(jì)了俯仰角速率控制律、俯仰角控制律、高度跟蹤控制律及速度控制律，實(shí)現(xiàn)了縱向軌跡跟蹤和速度保持。根據(jù)樣例無人機(jī)滾轉(zhuǎn)和偏航通道的非線性耦合特性，應(yīng)用基于多變量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)逆控制理論和

3、根軌跡方法，設(shè)計(jì)了以滾轉(zhuǎn)角速率、偏航角速率為內(nèi)回路的姿態(tài)和航跡跟蹤控制律，削弱了滾轉(zhuǎn)和偏航通道間的非線性耦合，實(shí)現(xiàn)了樣例無人機(jī)橫航向的穩(wěn)定控制。
　　最后，在Matlab/Simulink數(shù)值環(huán)境下搭建樣例無人機(jī)非線性仿真平臺，分別進(jìn)行角運(yùn)動(dòng)解耦仿真和典型剖面仿真，驗(yàn)證了控制律的多通道解耦效果和指令跟蹤品質(zhì)，應(yīng)用蒙特卡羅仿真方法測試了控制律的魯棒性。綜合的仿真表明：基于動(dòng)態(tài)逆的控制律有效地解決了樣例無人機(jī)軌跡跟蹤與速度控制等問題，