基于滑模变结构理论的平流层平台姿态控制

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要基于滑模变结构理论的平流层平台姿态控制摘要平流层通信平台的研究在国防和国民经济建设中具有广阔的应用前景。自主飞行控制系统作为其中一项关键技术，逐渐受到广泛的关注。本文以我国平流层通信平台项目为背景，对空中无人飞艇的姿态控制问题进行研究。首先，作为设计姿态控制器的基础，对飞艇进行数学建模是至关重要的；其次，围绕如何提高系统抗干扰能力，本文基于滑模变结构理论进行姿态控制器的设计。主要内容如下：ò采用机理分析的方法对飞艇进行数学建模。作为一种浮空器，飞艇体积庞大、速度缓慢，受力情

2、况与飞机等高速飞行器不同。本文首先详细分析了飞艇所受到的外力和外力矩；然后依据力学基本原理，结合运动参数之间的几何关系建立了飞艇动力学方程和运动学方程；最后采用小扰动法将飞艇运动方程线性化，同时分为纵向和横侧向两组，作为设计控制器的模型。ò姿态控制器的设计与仿真。无人飞艇的姿态控制要求飞艇在巡航或驻空过程中，姿态角受到扰动以后，能够自动调节到原来位置，并具有良好的动态品质。飞艇姿态控制器分为俯仰姿态控制器和偏航姿态控制器两种，分别对俯仰角和偏航角进行控制。在进行控制器的设计过程中，采用等速趋近律和指数

3、趋近律进行正常运动段的设计，采用极点配置法进行滑动模态段的设计，从而确保两个运动阶-I-上海交通大学硕士学位论文摘要段均具有良好的动态特性。最后，通过仿真得出结论，滑模变结构控制器能够改变原系统姿态不稳定的状态，而且具有较好的抑制扰动能力。关键词：无人飞艇，建模，姿态控制，变结构，滑动模态，趋近律-II-上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTTHEATTITUDECONTROLOFSTRATOSPHERICPLATFORMBASEDONVARIABLESTRUCTURECONTROLWITHSLID

4、INGMODEABSTRACTThestudyofstratosphericplatformhaswideapplicationsinthefieldsoftransportation,observation,andtelecommunicationservices,etc.WiththebackgroundofthestratosphericplatformR&DprojectinChina,anunmannedairshipisbeingdevelopedforthefirstphaseofthe

5、project.Inthisthesis,theunmannedairshipmodelingandattitudecontrolmethodsarestudied.Firstly,asthebasisforthedesignofattitudecontrolsystem,thisthesisdevelopedamathematicalmodelfortheairship.Secondly,inordertoenhancetheabilityofanti-jamming,thetheoryofvari

6、ablestructurecontrolwithslidingmodeischosetodesigntheattitudecontroller.Themainideasareasfollows:òBasedonthephysicalprinciplesoftheairshipoperation,anonlinearmodelispresentedasthesix-degree-of-freedomdynamicequationofmotion.Thenonlinearequationisthenlin

7、earizedontheconditionoflittleturbation,anddividedintolongitudinalandlateralequations.òTheattitudecontrolisdividedintopitchandyawattitudecontrol.In-III-上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTordertoensurethegooddynamicquality,thisthesisadoptsconstant-velocityapproachlawand

8、exponentialapproachlawtodesignthephaseofnormalmovementsandthemethodofpoledeployingtodesignthephaseofslidingmode.Theresultsofsimulationverifythatthecontrolsystemshowsgoodperformance.KEYWORDS：unmannedairship,modeling,attitudecontro