大柔性飞行器阵风扰动影响分析及稳定控制研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870318-SX128学科分类号：081101硕士学位论文大柔性飞行器阵风扰动影响分析及稳定控制研究研究生姓名吕蓉蓉学科、专业控制理论与控制工程研究方向先进飞行控制技术指导教师陆宇平教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringGustDisturbanceAnalysisandStabilityControlforVeryFlexibl

2、eAircraftADissertationinControlTheoryandControlEngineeringbyLvRongrongAdvisedbyProf.LuYupingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophyMarch,2018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

3、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：导师签名：日期：2018.3.26南京航空航天大学硕士学位论文摘要大柔性飞行器是一类高空长航时飞行器，具有大展弦比机翼。其能在两万米高空之上巡航较长时间，在军事和民用范围内都能发挥重要作用，例如情报收集、侦察监视、网络中继、气象信息采集等。大柔性飞行器机翼细长、柔性程度高，在常规飞行状态下也容易发生结构变形，影响飞行器的飞行性能。所以本文对其进行结构与动力

4、学建模、稳定性分析、运动特性分析、可控性分析、控制系统设计。首先，对传统坐标系进行修正建立刚体机身模型；采用欧拉-伯努利梁对柔性机翼建模，运用有限元的思想和Lagrange方程进行推导；引入片条假设对飞行器进行气动力建模；最后综合各部分建模推导出完整的非线性气动弹性与动力学耦合的模型。其次，对大柔性飞行器提出一套配平理论求解出各配平结果。分析在三个吊舱都存在负载情况下的时域响应。着重分析了飞行器在离散突风、连续紊流、具体风场下的阵风响应，并初步得出使飞行器稳定飞行的阵风临界值。然后，针对大柔性飞行器在中心负载超过临界值成为开环不稳定系统，并且在控制饱和约束的限制

5、下，讨论了不同的负载、控制约束、阻尼因子、刚度条件下的零能控区域大小，采用稳定半径来定量地衡量。并设计了控制器进行初步地验证。最后，对非线性大柔性飞行器模型进行线性化与平衡截断法降阶，对比前后输出相应。针对阵风扰动下的大柔性飞行器设计基于线性二次型调节器（LQR）的模型参考自适应控制器，仿真结果表明，在阵风扰动下该控制器依然能良好地跟踪纵向指令。关键词：大柔性飞行器，动力学建模，阵风响应，零能控区域，控制饱和约束，模型参考自适应控制器I大柔性飞行器阵风扰动影响分析及稳定控制研究ABSTRACTTheVeryFlexibleAircraftisakindofHig

6、hAltitudeLongEnduranceaircraft,withalargeaspectratiowing.Itcancruiseforalongtimeabovetwentythousandmetersaltitude,andplayanimportantroleinbothmilitaryandcivilfields,suchasintelligencecollection,reconnaissanceandsurveillance,networkrelayandmeteorologicalinformationcollection.Thewingof

7、aVeryFlexibleAircraftislongandflexible,anditispronetodeformationinthenormalflightstate,whichaffectstheflightperformanceoftheaircraft.Soitisnecessarytocarryoutthestructureanddynamicsmodeling,theanalysisofmotioncharacteristics,thestabilityanalysisandthedesignofcontrolsystem.Firstofall,

8、theEulerBern