毕业设计（论文）-无人机飞行控制仿真系统研究

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1、无人机飞行姿态稳定控制系统研究摘要随着无人机在军民两用领域越来越多地发挥重要作用，无人机研究也越来越多地得到世界各国的普遍重视。自动飞行控制系统作为无人机的控制核心，是无人机研究的重点和热点问题。本文以某型固定翼无人机为研究对象，主要研究了基于常规PID的无人机横侧向飞行控制律的设计问题。首先，建立了无人机的六自由度数学模型，并运用小扰动线性化方法建立了无人机纵向与横侧向系统的线性化方程；其次，介绍了一些常用的PID控制器参数整定法，作为飞行控制律设计的理论基础；再次，采用常规PID的方法进行了横侧向系统控制的设计，并针对不同空域的一些典型的状态点进行了大量的仿真研究。仿真结果表明

2、，我们所设计的常规PID控制器在多数情况下能满足要求。关键字：无人机，常规PID，飞行控制率，滚转角，仿真UAV’s（UnmannedAerialVehicle）flightattitudestabilitycontrolsystemresearchABSTRACTWiththeUAVinthefieldofmilitaryandcivilianusemoreandmoreimportantroletoplay,UAVstudycountriesintheworldmoreandmorewidespreadattention.Automaticflightcontrolsystem

3、asthecoreofUAVcontrolisthefocusofUAVresearchandhottopics.Basedonahighstatetechnicalissueastheresearchbackground,takingaunmannedaerialvehicleforresearchobject,mainlystudiesbasedontheclassicalPIDunmannedaerialvehicleflyingcontrollawdesignproblem.First,Sixdegreesoffreedomtoestablishamathematicalm

4、odeloftheUAV,andtheuseofsmallperturbationlinearizationmethodtoestablishaUAVsystem,thelongitudinalandlaterallinearequations;Secondly,theintroductionofsomecommonlyusedPIDControllerParametersTuning,flightcontrollawdesignasthetheoreticalbasis;Again,conventionalPIDlateralapproachtothedesignofsystem

5、control,andairspaceforanumberofdifferentpointsofthetypicalstateofalargenumberofsimulation.SimulationresultsshowthatourconventionalPIDcontrollerdesigninmostcasestomeettherequirements.KEYWORDS:unmannedaerialvehicle，classicPID，flightcontrollaw，rollingangle，simulation目录摘要1ABSTRACT21绪论51.1概述51.2无人机

6、的发展历程61.3无人机的发展趋势以及对自主控制的要求61.4本文主要研究内容82无人机模型与方程的建立102.1飞机的简介102.2常用坐标系简介112.2.1地面坐标系AXdYdZd112.2.2机体坐标系OXtYtZt122.2.3速度坐标系（气流坐标系）OXqYqZq122.3飞机的常用运动参数132.3.1姿态角132.3.2向量与机体坐标系的关系132.3.3飞机速度向量与机体坐标系的关系132.3.4控制量与被控量132.4前苏联体制下无人机的非线性运动方程组142.4.1无人机六自由度运动方程式的建立142.4.2无人机六自由度全面运动方程式的简化处理162.4.3

7、无人机数学模型的配平及线性化182.5本章小结193PID控制研究203.1常规PID控制203.2常规PID控制器参数整定方法223.2.1临界比例度法223.2.2衰减曲线法233.2.3基于相角裕度的整定方法243.3本章小结244无人机横侧向系统控制律的设计与仿真254.1无人机飞控系统基本原理概述254.1.1飞控系统的硬件结构254.1.2飞控系统设计的基本思路264.2无人机横侧向控制系统的基本结构284.3倾斜姿态保持/控制模态控制律的设计与仿真294