十字翼布局无人机悬停阶段控制律设计.pdf

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1、第22卷第3期电子设计工程2014年2月V01．22NO．3ElectronicDesianEnzineeFeb．2014十字翼布局无人机悬停阶段控制律设计都基焱，张振(解放军陆军军官学院安徽合肥230031)摘要：在建立十字翼布局无人机运动的数学模型的基础上，分析其飞行品质特性。根据该无人机对飞行品质和控制性能的要求，完成十字翼布局无人机在悬停阶段的PID控制律设计；在MatlabSimulink环境下设计了十字翼布局无人机非线性仿真程序，验证所设计的控制律的有效性。仿真结果表明PID控常l律能有效的控帑l十字翼布局无人机悬停阶段的

2、姿态角和高度。关键词：十字翼；悬停；控制律；仿真中图分类号：V249．121文献标识码：A文章编号：1674—6236(2(114)O3一()094一()3DesignofcruciformUAVcontroltheoryinhoverDUJi-yan，ZHANGZhen(ArmyOfficerAcademy，Hefei230031，China)Abstract：Basedonbuildingthemathmodel，theflightqualityofcruciformUAVisanalyzedinthispaper．Accordi

3、ngtothestandardofcruciformUAV’flightqualityandcontrolperformance，PIDcontrollawsofhoveringflightmodelsaredesigned．NonlinearemulationalprogramisdevelopedinMatlabSimulinkenvironmenttotestthelaws’validity．SimulationresultsshowthatPIDcontrollawcaneffectivelycontrolcruciformU

4、AVinhoveringflight．Keywords：cruciform；hoveringflight；controllaws；emulational直升机和固定翼飞机在外表上相差很大，但在升力产生方式上，直升机的旋翼和固定翼飞机的机翼产生升力的基本1十字翼布局无人机模型原理是一样的。固定翼飞机通过发动机产生向前的推力，使该无人机基本参数如下：机翼在空气中运动产生升力，巡航速度快，但无法实现垂直1)巡航时间：2Omin起降和空中悬停；直升机是通过旋翼在空气中旋转产生升力，2)悬停时间：5min其前飞主要靠升力的向前分量，但是巡航速度

5、较慢。3)升限：500m日本国防部于2011年研制出了一种新型旋翼球形微型无4)巡航速度：60km／h人机。它能在空中悬停，同时能在以六十千米每小时的时速5)航程：≤10km水平飞行，实现了直升机和固定翼的巧妙的结合。6)最大起飞重量：0．8kg受旋翼球形微型无人机的启发，本文设计一种新型字翼7)机长：0．5m：布局的小型无人机。和普通无人机相比，本文提出的十字翼8)翼展：0．5m：布局无人机具有机动性强、成本低、安全性好、质量轻、体9)控制方式：可进行GPS辅助的预编程序飞行，或手积小、灵活、侦察效果好等优点，可以在悬停阶段对地面目

6、动控制飞行。标进行成像。它克服了普通无人机在飞行的过程中因姿态(偏10)控制距离：≤15km航、俯仰、滚转)、高度、速度等因素不断变化对地面目标的11)动力方式：电动成像效果产生的影响，拍摄的图像要更加的清晰，但其特殊1．1气动布局的气动布局和结构特点对飞行控制系统提出了新的要求。为文中所介绍的无人机是一种具有特殊气动布局的小型无了设计良好的飞行控制系统以保证该无人机能够在空中稳定人机，采用单旋翼加十字对称气动面的布局，动力装置采用的悬停，本论文针对十字翼布局无人机在悬停阶段的飞行控前拉式，4个舵面对称分布于十字翼的底部，通过4个对称

7、舵制律设计进行了初步的研究，将对其飞控系统的设计起到重面的组合在空中实现悬停、巡航和侧飞等动作。设计陶如图要的参考价值。1所示。假设，、、、分别为各个舵面的偏角，、、收稿日期：2013—06—18稿件编号：201306108基金项目：国家自然科学基金项目(61273001)作者简介：都基焱(1953一)，男，辽宁庄河人，教授。研究方向：中远程情报侦察。．94．．都基焱，等十字翼布局无人机悬停阶段控制律设计为零，机身中轴线垂直于水平面。由切向力和法向力以及纵向力矩的平衡，得到该无人机悬停阶段受力与力矩表达式。．mgsin0=嚣图1十字翼

8、布局无人机设计图馏cos0sincp=OF，Fig．1DesigndiagramofthecruciformUAV分别对应飞机的滚转、俯仰和偏航控制量，无人机平飞阶段的滚转运动对应悬停阶段的垂向运动，平飞阶段的俯仰运动对