无人机自动起飞2f着陆控制律和控制逻辑设计

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1、南京航空航天大学硕士学位论文注释表飞行参数物理意义符号单位气动升力LN气动阻力DN气动侧力YN重力GN作用力发动机推力TN地面支反力NN地面摩擦力fN地面侧向力YNx轴分量FNbx合力yb轴分量FyNz轴分量FNbzx轴分量RNm⋅b合力矩y轴分量MNm⋅bz轴分量NNm⋅b副翼舵偏角δa()°方向舵偏角δr()°升降舵偏角δe()°舵偏角前轮舵偏角δ()°F襟翼舵偏角δ()°f油门开度δ%Tx轴分量Ums/b线速度y轴分量Vms/bz轴分量Wms/b角速度滚转角速度Prads/俯仰角速度Qrads/vii无人机自动起飞/着陆控制律和控制逻辑设计偏航角

2、速度Rrads/滚转角ϕrad,()°欧拉角俯仰角θrad,()°航向角ψrad,()°迎角αrad,()°气流角侧滑角βrad,()°航迹角航迹倾斜角γrad,()°viii承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

3、，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1无人机系统概述无人驾驶飞机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使[1]用的无人驾驶航空器，简称无人机(UnmannedAerialVehicle缩写UAV)。无人机的诞生要追溯到1914年的第一次世界大战，但直到20世纪80年代才得到日益广泛的应用。在1991年的海湾战争中，美国只用了一种“先锋”无人机；在2001年对阿富汗战争中，美国使用了“全球鹰”、“指针”和“捕食者”三种无人机；

4、而在2003年对伊拉克的战争中，美英两国使用了十多种无人机，并且使用的无人机种类多样，从高空远程“全球鹰”、中高空远程的“捕食者”，到各种小型的无人机以及便携式无人机。目前，世界上有32个国家正在研制250余种无人机飞行器，有41个国家正在使用着80多种不同型号的无人机。近年来，随着航空技术、飞行控制技术、计算机技术、导航技术及新材料的迅速发展，无人机从战术、技术上都有了新的突破，无人机的研制和应用引起了世界各国的高度重视，掀起了研制无人机的高潮。一个典型的无人机系统包括无人机机身、飞行控制系统、通信系统和起飞/着陆系统等子系统。其中，飞行控制系统是无

5、人机系统的核心，其性能优劣不仅直接影响无人机的飞行性能，更为重要的是，还会危及无人机的飞行安全。尤其是近年来，在无人机的自动飞行控制技术上，国内外有许多研究机构都进行了深入的研究，由于飞行控制技术具有高度的复杂性和智能性，[2]在理论和工程实际上尚处于起步阶段。目前，无人机系统也呈现出诸多新的发展趋势：在无人机系统类型上，长航时无人机、微型无人机、无人战斗机等三类无人机成为未来无人机发展的主力军；与此相应的关键技术包括机身隐身技术、推进矢量技术、人工智能控制技术、多无人机编队飞行技术、起飞/着陆技术等的研究和突破都将大大促进无人机技术的发展。1.2自动

6、起飞/着陆控制的发展及现状与有人飞机相同，无人机也有起飞和着陆过程。在无人机整个飞行过程中，起飞与着陆是很难操控也是很危险的。不过在无人机上没有驾驶员，故而不存在人体极限的约束，可以采用[3]多种起飞与着陆方式。无人机起飞方式包括：滑翔起飞、空中起飞、弹射起飞、火箭助推起飞、垂直起飞(旋翼机)和手投起飞等。着陆方式包括：滑翔着陆、降落伞着陆、张网回收、空中回收、垂直着陆和机体着陆等。随着计算机技术和控制理论的发展，国外无人机起飞/着陆控制技术呈现出新的发展方向。1996年日本仅以着陆试验为例在澳大利亚进行飞行试验首次取得成功。用直升机提升的无动力1无人

7、机自动起飞/着陆控制律和控制逻辑设计验证机在1500m高空与直升机分离，模拟宇宙运输机的着陆进场轨道，取30°航线角急速下降,接近滑行跑道时，巧妙地拉起、接地、滑行、停止。目前日本正研究开发具有像人一样应变能[4]力的随机应变系统。这种技术称为“自动修复飞行控制”技术。这种修复主要是有效利用残余功能再构筑控制系统。可以保证无人机在某一部分舵面出现故障时，仍然可以保证无人机安全着陆。美国在自动起飞/着陆控制律的设计上不断进行创新，文献[5]提出了一种利用神经网络进行在线参数辨识的自适应可重构无人机甲板自动着陆系统。仿真表明：即使在发生多起故障、存在严重扰

8、动，海浪很大以及飞机动态数据存在不确定性的情况下，该系统仍能在误差容许的范围内安全地将无人机着