无人机空中加油过程中编队保持控制方法研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870314-S189学科分类号：081102硕士学位论文无人机空中加油过程中编队保持控制方法研究研究生姓名黄红建学科、专业检测技术与自动化装置研究方向飞行器制导技术指导教师袁锁中副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一四年三月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringTheStudyofFormationMaintainControlMethodsofUnmannedAi

2、rVehicleduringAerialRefuelingAThesisinDetectionTechnologyandAutomaticEquipmentbyHuangHongjianAdvisedbyAssociateProf.YuanSuozhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中

3、不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要无人机在现代战争中具有非常重要的作用，空中加油技术能够增大无人机的航程和有效载荷，延长其续航时间。具备自主空中加油能力是未来无人战斗机发展的方向，本文针对空中加油过程中无人受油机编队保持控制问题开展了深入的研究和探索。首先，根据飞行力学和

4、空气动力学的相关知识，为抑制燃油传输给无人机带来的影响，将质量的变化等效为对无人机力和力矩的干扰，建立了无人机六自由度非线性运动模型。为了验证所建模型的合理性，建立了一个简单的油箱模型来模拟加油过程，并设计了三种不同的加油方案，分析了燃油传输对模型自然特性的影响，为下一步的飞行控制律设计打下坚实基础。其次，针对无人机空中加油编队飞行过程中无人机之间存在的气动耦合问题，以Biot-Savart定律为基础，加油机由基本马蹄形旋涡近似代替，研究了受油机以椭圆翼近似表示在编队飞行中受油机所受的升力、阻力和侧力变化，并计算出在编队飞行中受油机所受的力矩的变化以及作用在无人受油机的

5、有效风分量和有效风梯度，并推导了无人受油机机体诱导转动角速度。再次，采用了经典的控制方法来进行控制律设计，对空中加油过程中编队保持控制系统进行结构配置,并完成了无人受油机高度保持控制器、航向保持控制器、侧向偏离控制器和速度保持控制器的设计。采用非线性动态逆控制的方法设计无人机姿态控制系统，作为空中加油过程中的编队飞行控制系统的内回路，针对建模误差，通过神经网络在线补偿来提高控制器的鲁棒性，从而抑制燃油传输带来的扰动。最后，在MATLAB数值仿真环境中建立了空中加油过程中编队保持的仿真模型，对设计的编队保持控制器进行验证。仿真结果表明，验证了设计的控制律能够实现空中加油相

6、对位置的精确保持。关键词：空中加油，编队飞行，动态逆，神经网络，气动耦合I万方数据无人机空中加油过程中编队保持控制方法研究ABSTRACTUnmannedaerialvehiclesareplayingaveryimportantroleinmodernwarfare,aerialrefuelingtechnologycanincreasetheflightrange,cruisingdurationandpayloadofUAVs.ThedirectionoffuturedevelopmentoftheUAVsisequippedautonomousaerialref

7、uelingcapability,thisthesishasstudiedtheformationflightcontrolproblemofreceiveraircraftduringautonomousaerialrefueling.Firstofall,accordingtotherelevantknowledgeofflightmechanicsandaerodynamics,thispaperdidadeepanalysisofthechangesofmassandwasequivalenttothedisturbancesof