无人直升机自主着舰关键技术研究

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2、uangYuUndertheSupervisorofProfessorWANGXin-minADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofNavigation,GuidanceandControlXi’anP.R.ChinaMay2015摘要摘要无人直升机具有能垂直起降、定点悬停和能低空/低速执行任务等优点，是舰载机的最佳选择。然而，由于技术的限制，只有少数舰载无人直升机正式装备使

3、用。论文深入研究了无人直升机自主着舰过程中的关键技术，为自主着舰提供了参考和新的控制思路。论文以无人直升机为被控对象，自主着舰为工程依托，着重研究现代控制方法在其中的应用。研究了舰载无人直升机的国内外现状和关键技术；设计了无人直升机自主着舰策略，给出了相关数学模型；采用基于改进多目标优化的显模型H回路成形控制算法对姿态进行了控制律设计；根据高度分段策略设计了返航进场基准轨迹，采用一种改进的自抗扰控制进行轨迹跟踪控制；对甲板运动与补偿技术进行了研究，提出了一种实时预估算法；采用动态解耦控制来抑制舰尾流；对论文设计的策略和算法进行了半物理仿真验证。论文主要创新点如下：

4、1．针对着舰策略难以制定的问题，提出了一种“三阶段”无人直升机自主着舰策略：“返航进场”-“悬停跟进”-“快速着舰”，并设计了自主着舰系统的总体结构。2．针对强耦合问题和鲁棒性的要求，提出了一种基于改进多目标优化的显模型H回路成形控制算法。在显模型跟踪控制的基础上，引入H回路成形算法；采用多目标遗传算法对后置补偿器权函数进行确定；引入改进的模拟退火法和改进的小生境技术，提高局部搜索能力增强种群的多样性。实验结果表明：所提出的算法提高了优化算法的效率，有效地抑制了各通道之间的耦合，增强了系统的鲁棒性。3．针对高精度的轨迹跟踪控制问题，提出了一种基于改进Vague集

5、的自抗扰控制算法。直接观测最先受到扰动的状态量而不直接观测控制量，去除非线性组合中的积分项，提高动态响应；对非线性组合参数确定时，引入Vague集相似度量理论，在“双论域”的基础上设计推理规则，改进相似度计算函数。实验结果表明：改进后的算法具有较高的跟踪精度和动态响应速度。4．针对航迹安全问题，提出一种基于高度分段策略的基准轨迹设计。采用运动学公式对基准轨迹进行推导，保证无人直升机任何时刻均可以切入下滑轨迹且不掉入雷达导引盲区之内。5．针对着舰时机难以准确确定的问题，提出了一种基于限定记忆的LSM-AIC-AR(n)算法。提出了“静息期”的概念，量化着舰限制条件；捕

6、捉“静息期”时，结合时间序列法和限定记忆法，实现实时递推预估。实验结果表明：提出的甲板运动预估算法能够准确预估5s。I西北工业大学博士学位论文关键词：无人直升机，自主着舰，显模型跟踪，H回路成型，多目标遗传算法，自抗扰控制，Vague集相似度量，静息期，AR(n)，限定记忆法，动态解耦，半物理仿真IIAbstractAbstractUnmannedhelicopteristhebestoptionofthecarrier-basedaircraft,ithastheadvantageof:verticaltakeoffandlanding,hover,perfor

7、mtasksatlowaltitude/low-speedandsoon.However,duetothetechnicallimitations,onlyaminorityofcarrier-basedunmannedhelicopteristobeused.Paperstudiesthekeytechnologyintheprocessoflanding,providiesreferenceandanewcontrolideasforunmannedhelicopterautomaticlanding.Papertakesunmannedhelicopter