小型高速无人机及其协同编队控制技术研究

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870315-S122学科分类号：081101硕士学位论文小型高速无人机及其协同编队控制技术研究研究生姓名沈佩珺学科、专业控制理论与控制工程研究方向复杂系统研究指导教师王道波教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchontheControlTechnologiesofSmallHig

2、h-speedUAVandCooperativeFormationFlightAThesisinControlTheoryandControlEngineeringByShenPeijunAdvisedbyProf.WangDaoboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch，2015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，

3、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：摘要随着无人机的小型化、高速化，小型高速无人机正以它独有的特点在军事乃至民用领域发挥越来越重要的功能作用。多无人机协同编队飞行，可提高无人机完成任务的效率，在军事和民用方面拥有广阔的应用前景，正在受到愈来愈广泛的关注。本文以实验

4、室某型小型高速无人机为研究对象，开展了无人机整体的数学建模，编队运动建模，研究了小型高速无人机的控制律设计以及其在编队飞行时的编队控制设计，进行了控制律设计的仿真试验并对结果进行分析。首先，采用六自由度十二阶微分方程进行数学建模，接着进行线性化和通道解耦。基于线性化后的模型进行了横纵向的操稳特性分析。其次，针对无人机的编队运动，分析了无人机在编队飞行过程中所受外界干扰因素的影响，分别对基本编队运动以及受涡流气动干扰下的编队运动分别进行建模。对两种建模方式下进行仿真分析气动干扰对编队飞行的影响。然后，针对研究对象惯性小、阻尼小、

5、控制难等特点对内环回路进行控制律设计。针对编队飞行时所受外界影响大，提出了一种改进的鲁棒伺服LQR控制方法，该方法将鲁棒伺服LQR控制和模型参考自适应控制结合起来，使系统获得良好的控制性能。最后，研究了同一水平面内的无人机编队飞行的队形控制器的设计。用自适应控制方法分别对气动干扰结构已知而参数未知以及外界干扰结构未知而函数值有界这两种情况进行编队飞行控制设计，队形控制器的控制效果通过仿真得到了验证。关键词：无人机，小型高速，协同编队，鲁棒LQR，模型参考，自适应iAbstractAstheminiaturizationandh

6、igh-speedofunmannedaerialvehicle,smallhigh-speedunmannedaerialvehicleplaysamoreandmoreimportantroleinmilitaryandcivilfieldwithitsuniquecharac-teristics.Multipleunmannedaerialvehiclescooperativeformationflight,whichcanimprovetheeffi-ciencyoftheunmannedaerialvehiclest

7、ocompletethetask,haveabroadapplicationprospectinmil-itaryandcivilianandhavebeenattractingmoreattention.Basedonacertaintypeofsmallhigh-speedunmannedaerialvehicleinthelaboratory,thisthesisoutlinestheresearchobject’smathematicalmodeling,cooperativeformationflightmodeli

8、ng.Thisthesisalsofocusesonsmallhigh-speedun-mannedaerialvehicle’scontrollawdesignanditsformationflightcontroldesign.Thethesisdoesthesimula