飞翼布局无人机鲁棒滑模非线性飞行控制研究

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1、西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：飞翼布局无人机鲁棒滑模非线性飞行控制研究作者：谭健学科专业：飞行器设计指导教师：周洲2015年9月西北工业大学学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学巧有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论丈被蒼阅和借阅。学校可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章＾律注

2、明作者单位为西北工业大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名；唯姑指导教师寇名：ＪＭ之。巧年＂月日之冲５年月／／日ｙ＾西北工业大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声巧：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研巧工作巧职得的成果。尽我所知，除文中已经注巧引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表或撰写过的研巧成果，不包含本人或他人己申请学位或其它用途使用过的成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ巧确方式标明。本人学位论文与资料若

3、有不实一，愿意承担切相关的法律责任。学位论文作者签名：译健之０／女年＂月日ｙResearchonRobustSlidingModeNonlinearFlightControlforFlyWingUAVByTanJianUndertheSupervisionofProfessorZhouZhouADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyXi’a

4、nP.R.ChinaSeptember2015摘要摘要飞翼布局无人机在气动力效率、隐身性能、续航时间和载荷分布等方面具有独特的优势，是远程长航时隐身轰炸机、无人作战飞机、高空长航时无人机等飞行器的理想布局型式。飞翼布局无人机的动力学模型具有非线性、强耦合、快时变、多输入多输出等特点，且由于没有平尾和垂尾等部件，飞翼布局无人机的稳定性存在很多的不足，存在纵向稳定性弱、航向中性稳定以及横航向运动耦合强等问题，而飞翼布局无人机主要用途是在高亚音速下执行侦察、轰炸或运输等一些任务，对航迹稳定和姿态控制的准确性要求比较高。因此，研究具有良好鲁棒性的先进飞行控制系统是飞翼布局

5、无人机研制的关键技术。本文针对这一问题，以传统滑模变结构控制理论和二阶滑模控制理论为主线，同时结合自适应控制、分数阶理论、预设性能、反步控制、鲁棒控制、自抗扰控制等先进控制方法，对存在未建模动态及外部扰动等复合干扰的飞翼布局无人机姿态控制与着陆控制问题进行了深入的研究。主要的研究成果如下所述：1.建立了包括地面效应以及舵面附加气动力且含有风影响的飞翼布局无人机六自由度非线性动力学模型，对飞翼布局无人机的舵面特性进行了分析。2.针对存在气动参数不确定的飞翼布局无人机姿态控制问题，提出了自适应二阶终端滑模姿态控制方法，采用自适应算法在线调整切换增益抑制气动参数不确定对

6、控制系统性能的影响，同时由于二阶终端滑模控制的采用，符号函数被隐藏在积分项中，通过积分得到了连续的控制律，有效抑制了姿态控制系统的抖振。3.围绕具有未建模动态及外部扰动等复合干扰的飞翼布局无人机姿态运动方程，结合滑模变结构控制理论与分数阶理论，提出了一种基于双幂次趋近律和supertwisting二阶滑模干扰观测器的分数阶积分滑模姿态控制方法，采用分数阶积分对过去逐渐遗忘的性质设计了分数阶积分滑模面，随着时间的推移，姿态角初始误差的积分权重会逐渐减小，相比常规的积分滑模面，显著的减小了姿态控制的超调现象。由于传统滑模趋近律具有收敛时间长和抖振严重等缺点，提出了一种

7、具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律，通过Lyapunov函数证明了存在干扰时，系统状态收敛到滑模面的邻域范围。同时设计了supertwisting二阶滑模干扰观测器实现对复合干扰的实时连续估计和补偿，仿真表明飞翼布局无人机姿态控制系统的抗干扰能力良好。4.为了合理设计姿态跟踪的收敛过程、超调量及稳态误差，结合预设性能理论与反步滑模控制，提出了一种基于快速supertwisting干扰观测器的预设性能反步滑模姿态跟踪控制方法。利用预设性能理论，建立了姿态控制系统预设性能等效误差模型。鉴于supertwisting二阶滑模控制算法在系统状态距离平衡点比较远时

8、收敛速度比