扇翼飞行器的建模与控制研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S151学科分类号：081101硕士学位论文扇翼飞行器的建模与控制研究研究生姓名李楠学科、专业控制理论与控制工程研究方向飞行器控制指导教师李涛副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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonModelingandControlofFan-wingAircraftAThesisinControlTheoryandCo

2、ntrolEngineeringbyLiNanAdvisedbyAssociateProfessorLiTaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015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

3、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，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：摘要扇翼飞行器是近年来发展起来的一种新型飞行器，它具有短距起降/垂直起降、大迎角不失速、低速飞行稳定性好、有效载荷大等优点，是航空领域一个新的研究热点，在军事和民用领域的应用前景十分广阔。由于扇翼飞行器的发明时间并不长，它的很多研究尚处于起步阶段，需要进行更多的深入研究。针对扇翼飞行器独特的飞行原理，本文对扇翼飞行器的数学建模及飞行控制系统展开了研究。本文首先介绍了扇翼飞行器的结构

4、和组成，简单分析了它的飞行原理及特点。以飞行动力学为基础，建立了扇翼飞行器的数学模型，在非线性模型的基础上，分析了平衡状态下扇翼飞行器的性能，然后依据小扰动原理得到扇翼飞行器的线性化模型，并进行了特性分析，为后续控制律的设计奠定了基础。其次，采用经典控制理论的方法，针对不同的飞行模态，分别设计了扇翼机纵向以及横侧向的飞行控制律。最后，对扇翼飞行器进行了全过程的数字仿真验证。仿真结果表明：扇翼飞行器的数学建模正确，控制效果良好，能够实现扇翼机的安全自主飞行。关键词：扇翼飞行器；数学建模；飞行控制系统；飞行模态；全过程仿真。IABSTRACTInrecentyears,Fa

5、n-wingaircrafthasbeendevelopedasanewlow-speed,large-loadvehicle.TheFan-winghasmanyadvantagessuchasshort-distancetake-off,landing/verticaltake-off,landing,largeangleofattackwithoutstalling,significantstabilityandsafetyoflow-speed,largepayloadandsoon.Owingtotheseadvantages,itbecomesahot-sp

6、otinunmannedaerialvehicleandithasabroadapplicationinbothmilitaryandcivilianfield.Sincetheinventionwasputforwardfornolongtime,theresearchneedsmanyimprovementsandalargenumberofimportanttheoriesneedtobestudiedandpresented.Fortheuniqueflyingprinciple,thispaperhasdesignedandgiventhemathematic

7、almodelandtheflightcontrolsystemoftheFan-wingaircraft.Themaincontributionsofthisthesiscanbeillustratedasfollows:Firstly,thethesisintroducesthestructureandcompositionoftheFan-wingaircraft,analyzestheflyingprincipleandcharacteristicsbriefly.Thenthemathematicalmodelbasedonth