小型高速无人机控制耦合分析及补偿控制.pdf

《小型高速无人机控制耦合分析及补偿控制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第12卷第1期太赫兹科学与电子信息学报Vo1．12，No．12014年2月JournalofTerahertzScienceandElectronicInformationTechnologyFeb．，2014文章编号：2095-4980(2014)01-0057-05小型高速无人机控制耦合分析及补偿控制付伟，孙春贞(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：小型高速无人机横侧向转动惯量很小，在控制方向舵时，会在滚转通道产生较大的滚转角加速度，从而产生剧烈的滚转运动，表现出明显的控制耦合作用，影响小型高速无人机横侧向控制。本文从系

2、统数学模型出发，了解其产生机理，以及其对无人机控制过程的影响。针对其中不可忽视的控制耦合力矩作用，采用PID控制方法，设计相应的耦合补偿控制律。仿真验证表明，该耦合补偿控制律能对控制耦合力矩项进行补偿，效果良好。关键词：小型高速无人机；转动惯量；控制耦合；补偿控制中图分类号：TN958.2文献标识码：Adoi：10.11805/TKYDA201401.0057ControlcouplinganalysisandcompensationcontrolofsmallhighspeedUAVFUWei，SUNChun-zhen(TheInstitut

3、eofAutomation，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，NanjingJangsu210016，China)Abstract：AsthelateralinertiaofsmallhighspeedUnmannedAerialVehicle(UAV)isverysmall,largerrollangleaccelerationwillbeproducedinthecontrolofrudderrollchannel,whichresultsindramaticrollingmovem

4、ent,showsobviouscontrolcouplingeffectandthenaffectsthelateralcontrolofsmallhighspeedUAV.Theformingmechanismisintroducedaccordingtothesystemmathematicalmodel,aswellastheUAVcontrolprocess.Consideringthecontrolcouplingtorquethatcannotbeignored,acorrespondingcouplingcompensation

5、controllawisproposedbyusingProportionIntegralDerivative(PID)controlmethod.Simulationresultsshowthatthemethodproposedcaneffectivelycompensatethecontrolcouplingtorque.Keywords：smallhighspeedUnmannedAerialVehicle；lateralinertia；controlcoupling；compensationcontrol[1]未来信息战的需求使无人机

6、(UAV)系统成为当今世界各国武器装备的发展重点,随着近几年国内航空航天事业的蓬勃发展，无人机飞行过程中的耦合现象及失控模式研究成为了一个热点。小展弦比无人机横侧向转动惯量很小，其方向舵偏转时，由于滚转控制耦合的作用，会在滚转通道产生很大的滚转角加速度，形成剧烈的滚转运动，从而给无人机横侧向稳定控制带来很大困难。[2]许多学者都曾对飞行器中存在的控制耦合现象进行研究，并取得了不少成果。Richard回顾了X系列、世纪系列和航天飞机中存在的耦合问题，包括控制耦合，介绍了飞行器飞行过程中耦合产生的原因，不同耦合导致的[3]不稳定现象，以及相应的解决

7、办法；Johnston等通过对X-38有效性控制舵的设计和翼伞舱口的配置，着重研究[4]了控制方向舵时产生的滚转控制耦合效应对飞机静稳定性的影响；Nandan等采用副翼-方向舵交联方法，消除了副翼偏转在偏航通道产生侧滑角影响，实现了航向通道的零侧滑约束，保证控制副翼偏转时能达到飞行器稳定飞行时的最大滚转角速率。本文研究的对象是一款小展弦比小型高速无人机，由于其横侧向转动惯量Ix很小，副翼(ail/δx)效率极高，滚转运动频率高，并且难以控制，而控制方向舵(rud/δy)偏转时会在滚转通道产生严重的滚转控制耦合作用，对滚转运动起加剧或减弱作用，对

8、滚转运动的控制产生影响，从而影响小型高速无人机横侧向稳定性。本文采用经典[5]PID控制算法，设计了相应的耦合补偿控制律。仿真验证表明，该耦合补偿控制