一种鸭式布局无人机的飞行力学特性与自主控制技术研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870115-S221学科分类号：082501硕士学位论文一种鸭式布局无人机的飞行力学特性与自主控制技术研究研究生姓名王源学科、专业飞行器设计研究方向飞机总体设计指导教师郑祥明副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringStudyonFlightMechanicsPerformanceandA

2、utonomousControlTechnologyofaCanard-configurationUAVAThesisinFlightVehicleDesignbyWangYuanAdvisedbyAssociateProf.ZhengXiangmingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch，2015承诺书本人声明所呈交的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

3、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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着科技不断进步，无人机在军事领域以及民用领域的使用频率越来越高，用途越来越广，随之而来的问题就是如何提高无人机的自主飞行控制性能。无人机的飞行控制系统设计问题属于非线性控

4、制系统设计范畴。随着近代控制技术的发展，诞生了很多将非线性系统线性化的方法。非线性动态逆方法在整个飞行器控制系统设计中具有很大的灵活性以适应飞行器模型的变化，并且能够满足像大迎角、超机动这样的非常规控制要求，因而是众多线性化方法中比较好的一种方法。本文以某小型鸭式布局无人机为研究对象，首先针对鸭式布局无人机进行控制对象建模，建立了无人机的三维模型，分析了无人机的空气动力学特性，建立了气动模型，在此基础之上推导了无人机的运动学和动力学方程；接着应用非线性动态逆方法将小型鸭式布局无人机非线性控制系统转化为线性控制系统，在此基础

5、上研究无人机的操控方法和飞行力学特性，提出了一种基于直接位置坐标的无人机飞行轨迹控制方法，设计了无人机自主飞行控制律；最后应用MATLAB对无人机自主飞行过程进行仿真。结果表明，应用动态逆方法设计的小型鸭式布局无人机控制律两个内回路系统比较稳定，超调量小，没有振荡并且响应时间合理，而外回路可以很好地保障轨迹跟踪的准确性。关键词：鸭式布局，无人机，非线性控制系统，飞行控制，动态逆，控制律I一种鸭式布局无人机的飞行力学特性与自主控制技术研究ABSTRACTWiththedevelopmentofmoderntechnology

6、,thefrequencyoftheusageofUAVbecomeshigherandtheapplicationofUAVbecomeswidespreadeitherinrangeofmilitaryandcivilian.ThecomingproblemishowtoimprovethecontrolperformanceofUAVinautonomousflight.TheflightcontrolsystemofUAVbelongstothenonlinearcontrolcategory.Dynamicinv

7、ersionmethod,whichisagoodmethod,sinceitownsalotofflexibilitytoadapttothechangeofthemodelofaircraftandcansatisfytheunconventionalcontrolrequirementsuchashighattackanglecontrolandsupermaneuvercontrol,isoneofsomanymethodswhichcantransfernonlinearsystemstolinearsystem

8、swiththedevelopmentofmoderncontroltechnology.Thispapertakesacertaintypeofcanard-configurationUAVastheresearchobject.Firstly,threedimensionmodelofUAVises