复杂环境下翼伞系统的建模与归航控制研究

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1、中图分类号：学校代码：10055UDC：密级：公开博士学位论文复杂环境下翼伞系统的建模与归航控制研究ResearchonModelingandHomingControlofParafoilSystemsinComplexEnvironments论文作者陶金指导教师孙青林教授申请学位工学博士培养单位计算机与控制工程学院学科专业控制科学与工程研究方向柔性飞行器建模与控制答辩委员会主席唐万生评阅人田彦涛、唐万生、董峰、谢广明、杨鹏南开大学研究生院二○一七年五月南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论

2、文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的研究成果。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创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。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。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日非公开学位论文标注说明(本页表中填写内容须打印)根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明为空白。论文题目申请密级

3、□限制(≤2年)□秘密(≤10年)□机密(≤20年)保密期限20年月日至20年月日审批表编号批准日期20年月日南开大学学位评定委员会办公室盖章(有效)注：限制★2年(可少于2年);秘密★10年(可少于10年);机密★20年(可少于20年)南开大学学位论文使用授权书本人完全了解《南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法》关于南开大学(简称“学校”)研究生学位论文收藏和利用的管理规定，同意向南开大学提交本人的学位论文电子版及相应的纸质本。本人了解南开大学拥有在《中华人民共和国著作权法》规定范围内的学位论文使

4、用权，同意在以下几方面向学校授权。即：1.学校将学位论文编入《南开大学博硕士学位论文全文数据库》，并作为资料在学校图书馆等场所提供阅览，在校园网上提供论文目录检索、文摘及前16页的浏览等信息服务；2.学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文；学校根据规定向教育部指定的收藏和存档单位提交学位论文；3.非公开学位论文在解密后的使用权同公开论文。本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。本人签署

5、本授权书一份（此授权书为论文中一页），交图书馆留存。学位论文作者暨授权人(亲笔)签字：20年月日南开大学研究生学位论文作者信息论文题目复杂环境下翼伞系统的建模与归航控制研究姓名陶金学号1120140104答辩日期2017年5月20日论文类别博士学历硕士□专业学位硕士□同等学力硕士□划√选择学院(单位)计算机与控制工程学院学科/专业(专业学位)名称控制科学与工程联系电话非公开论文编号备注注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。如已批准为非公开学位论文，须向图书馆提供批准通过的《南开大学研究生申请

6、非公开学位论文审批表》复印件和“非公开学位论文标注说明”页原件。摘要摘要翼伞系统是利用冲压型翼伞提供升力的一类特殊的柔翼飞行器，具有良好的滑翔性与操控性，因而在军事、民用、航空航天等领域有着广泛的应用前景。翼伞系统的精确建模和控制，涉及到数学、力学、计算机、控制等多个领域和学科，是一项极富挑战性的工作。本文以实现翼伞系统在风雨复杂环境下的建模和精确归航为目的，采用理论分析、数值仿真和空投实验相结合的方法，对翼伞系统动力学、归航轨迹规划和轨迹跟踪控制问题进行了深入研究。文章的主要创新工作如下：(1)采用计算流

7、体动力学技术模拟翼伞在风雨复杂环境中飞行，通过网格速度模拟风场，多相流模拟降雨，动网格动态捕捉翼伞姿态，分析风雨环境因素翼伞气动性能的影响。在翼伞气动方程中引入雨膜影响因子、风雨荷载以及风雨等效作用点，建立翼伞系统在风雨复杂环境下的八自由度动力学模型。仿真实验研究风雨复杂环境下翼伞系统的动力学特性，空投实验进一步验证所建立模型的有效性。(2)将翼伞系统最优归航轨迹规划问题归纳为一类标准的最优控制问题。经过归一化、控制率参数化等一系列解前处理，针对问题的求解，采用两种方法来处理。第一种方法是将该问题归纳为一类

8、具有约束的最优控制问题，采用一种具有精英策略的遗传算法进行轨迹寻优。第二种方法是将此问题视为一类多目标规划问题，采用基于帕累托解的带精英策略的非劣排序遗传算法来求解。仿真实验验证两种方法的可行性。(3)将经典翼伞空投系统分段归航轨迹设计方法扩展到动力翼伞系统中，提出一套翼伞系统在可行性区域和不可行性区域的都可实现精确归航的分段归航轨迹规划方法。将整个归航轨迹按照不同的阶段和特点进行分段，根据最终着陆的要求对各阶段