无尾飞机控制律设计与控制分配技术研究

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1、摘要本文主要针对某多舵面气动布局无尾飞机，利用Matlab／Simurink仿真平台，以Simulink模型为中心的设计思想完成本论文。主要包括自然飞机的建模、自然飞机的配平与线性化、对自然飞机的稳定性分析、控制方案与控制律的设计、控制分配技术研究与应用等内容。1．根据一组多舵面无人机巡航状态的CFD(计算流体力学)数据建立其运动学方程和动力学方程，并搭建发动机模型和舵机模型；2．使用两种方法对自然飞机模型进行配平线性化工作。一种是基Simulink模型的配平线性化方法，直接利用Matlab平台提供的配平与线性化函数；另一种是通过编程，计算大小导数的方法进行配平和获取线性化矩阵。同时在

2、对两种计算结果进行了对比分析的基础之上，对配平线性化后的自然飞机进行了稳定性分析；3．在对自然飞机模型进行稳定性分析的基础之上，设计了典型控制模态的控制方案，并对控制参数进行了优化。为了使所设计的控制器参数较优，本文以滚转保持与控制模态为例，采用了一种带有时域约束的优化控制方法设计出这些回路的基本控制律参数，并针对各控制模态在频域内进行稳定性分析，证实了该调参方法在工程上可以得到很好的应用：4．研究了多舵面无人机飞行控制系统的控制分配问题。在该无尾飞机纵向控制系统中，就所有舵面均正常和某些舵面故障的情况下，采用控制分配技术以合理利用各个操纵面的控制效率，通过六自由度非线性仿真验证，证实

3、了使用控制分配技术的有效性。本文涉及从飞机建模到整个飞控系统设计的全过程，自然飞机的配平与线性化运用基于模型的方法，控制律设计运用经典控制加现代优化的方法，舵面均正常和某些舵面故障情况下控制分配技术的运用等内容，对无人机飞控系统的设计具有重要意义。关键字：无尾飞机，参数优化，控制分配，配平线性化AbstractTlledes细ofmod锄UAVinvol“ngaerodyn锄icconfigurationaIldcontrolsyst锄becomesmoreaIldmorecomplicatcdtaskt0improVetheperfo肌anceofmaIloeuvrabilityan

4、dreliability．TIleadvaIlcedaemdyIl枷icconfigurationtaillessUAV谢thmulti—ef传ctorsisanimpon觚tchamcterfornextgenerationUAV，Thismesisis丘nishedbyfocusingonmeSimulinkmodeli11mesimulationplatfo肌ofMatldb／SilllulinkaimingatonetaillessUAVwimnleadvancedaerodyn锄icconfigIlrationofmulti—e仃ectors．hlcludingmodelin

5、goftllenatllretaillessUAVtrimming锄dline撕zingⅡ圮naturetaillessUAv，theallalysisoftllestabilityoftlletaillessUAVtlledesignofcontrolschemeandcontr011aw，t11eapplicationa11dresearchofcon昀lallocation．1．Nonlinearequationswithsixdegrcesof丘℃edomincludingl(iIlematicsequationsa11ddyIlaIIlicsequaIionswasestab

6、lishedaccordingtotlledataofthecmisestatlIs，锄dmodelingoftheeIl百neaIldhelmforacenainUAv．2．TriIllaIldlinearizethenatllretaillessUAVusingtwomemods．()11eisbasedonmesimulinkmodel，llsingme啊mandlinearize血nctionwllichareprovidedinⅡlcsimul撕onplatfbrnlofMatlab／Simulink．Theo廿l盯isto仃imandlinearizetllenaturct

7、aillessUAVbasedoncalculatingmebig一锄alld耐vatives．SimultaIleously也estabilityofthenamretainessUAVisstudiedindetail；3．B髂edonmeanalysisofmestabilityofthenatIlretaillessUAVTllecon仃olsyst—emofthetaillessUAVisdesi印edbyusingthecI器sic