无人驾驶飞行器侧向通道姿态控制与仿真.doc

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1、毕业设计（论文）开题报告题目无人驾驶飞行器侧向通道姿态控制与仿真专业名称电子信息工程班级学号学生姓名指导教师填表日期2010年3月11日一、选题的依据及课题意义经过一个世纪的发展，各种飞行器如雨后春笋般出现，从飞机、导弹到火箭、卫星，从宇宙飞船、航天飞机、空间站到月球探测器、火星探测器。这些飞行器能在空中按预定的轨道运动总离不开它的控制系统，飞行器在空间的运动是十分复杂的。为使问题简单化，总是将飞行器的空间运动分解为铅垂平面的纵向运动和水平面内的侧向运动，将飞行器在空间的角运动分解成俯仰、偏航、滚动三个波道，由于角运动使飞行器姿态的变化，所以对角运动的

2、控制就是对飞行器姿态的控制，当飞行器在干扰作用下偏离预定的轨道时，姿态控制系统通过飞行器的发动机喷管摆动产生控制力矩，使飞行器回到预定的轨道，保证飞行器的实际飞行轨道与预先设计的标准轨道误差最小，在主动段上稳定飞行；也通过飞行器的发动机喷管摆动产生控制力矩从而改变飞行器的飞行姿态，本课题就偏航中的侧向通道进行分析和研究，分析无人驾驶飞行器在侧向通道飞行姿态的过程中稳定性能。二、飞行器姿态控制国内外研究概况及发展趋势1、国内外研究概况在莱特兄弟实现人类首次动力飞行之前，伴随着飞机同时诞生了最经典的人工飞行控制系统——机械链操纵系统，解决了飞机的平衡和可控

3、问题，此后的60年，飞机机械操纵系统在自动控制技术辅助下，解决了对飞机性能和任务能力需求不断增长所遇到的重大问题——稳定性、稳定性与操纵性的矛盾、精确、安全的轨道控制和驾驶员工作负荷问题等，60年代至70年代初发展起来的主动控制技术（ACT）和电传飞行控制（FBW）系统对飞行器发展具有划时代的意义，改变了传统的实际概念和方法论，使性能和任务能力上了一个新的台阶，这两项技术已成为飞行器的典型标志（主要有第三代军机），进10年来，对降低成本和提高飞行性能所进行的大量的研究工作，将导致飞行器的又一次飞跃，综上表明，新型飞行控制技术是未来飞行器得以实现的关键和

4、前提。总得概括飞行控制技术的发展按照挑战、应对、创新和总结分为六个阶段（时期）：第一阶段：从早期到1901年，此阶段称为“黎明时期”；第二阶段：1901年——1931年，此阶段称为“古典时期”；第三阶段：1931年——1956年，此阶段称为“前天”；第四阶段：1956年——1981年，此阶段称为“仅仅昨天”；第五阶段：1981年——至今，此阶段为至“昨天以来”；第六阶段：2020年——近未来。我国的航空工业是从新中国成立后才真正建立起来，主要有以下几个阶段。（1）、初创阶段主要维修苏制飞机，如米格15、雅克18等；（2）、仿制阶段主要仿制雅克18和米格

5、19，其操作系统分别为拉杆钢索系统和不可逆液压助力器操纵；（3）、1964年开始自行设计，控制技术经历了飞行控制系统带助力器的机械操纵系统、单轴四度模拟式和数字式电传系统、机械操纵系统、三轴四度数字电传系统、四余度数字电传、四余度模拟电传控制系统；而我国正处于电传控制增稳系统阶段，美国等西方发达国家处于飞行管理系统阶段，俄罗斯处于两者之间。国内外飞控发展史如图1.1图1.1世界及中国飞控发展史2、未来发展趋势作为飞行器控制系统的重要部分，姿态控制对于提高飞行器的工作与效能及生存能力具有重要作用，单一的姿态控制方案已经不能再满足人们对飞行器性能的要求，所

6、以采用复合控制的方法是未来的发展趋势。而且飞行器发展项目一直是花费巨额投资的重点项目，以小的代价发展高性能的飞行器也是飞行器的发展方向，所以，飞行器的姿态控制系统也必将向小型化的方向发展，利用微机电系统（MEMS）技术制造小型机械装置将是以后发展重点。三、研究内容及实验方案1、研究内容本次设计主要包括三项内容，一是无人驾驶飞行器侧向通道力学建模；二是控制规律的设计，主要是设计一个系统用于控制飞行器的飞行姿态；三是对所设计的系统进行Matlab语言仿真，得到设计的控制规律。飞行器侧向通道力学建模，要控制飞行器的姿态，就要控制飞行器姿态角发生变化的力矩大小

7、。利用研究对象的物理特性得出飞行器模型的传递函数，建立飞行器侧向通道的微分方程，再将对象的微分方程进行求解，以进行线性化处理。控制规律的设计是根据经过线性化处理后的控制系统数学模型和飞行器运动方程组合成闭环控制系统进行分析，主要分析系统的稳定性、准确性、快速性和飞行器飞行所允许的误差，以对原系统进行修改。系统的仿真，利用Matlab语言进行编程和仿真，根据仿真结果判断系统的稳定性、准确性、快速性和飞行器飞行误差是否满足设计要求。其实验主要流程如图1.2所示建模线性化处理控制系统设计软件仿真图1.2实验流程图2.、实验方案综上所述，本课题主要利用系统对飞

8、行器飞行姿态进行控制，实现飞行器侧向飞行，其原理图如图1.3所示PID控制器飞行器姿态模型模型