无人机自动着陆控制

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1、南京航空航天大学硕士学位论文1．4本文要解决的问题第二章：章建立六自由度非线性模型4在典型工作点配平、线性化审在Matlab环境下完成建模、配平、线性化的工作第三章：牟在经典控制理论基础上分析俯仰角控制，确定控制方案卓设计着陆轨迹线，包括选择下滑角，设计拉平段卓以高度控制为基础跟踪着陆轨迹线，设计高度控制规律。考虑着陆阶段高度控制的特殊之处在于对轨迹控制要求高，并且是对斜坡信号的响应，所以加入积分信号消除静差卓考虑着陆段速度对高度的影响，加入速度控制，以保证高度控制的精度第四章：牵飞机修正侧向航迹是通过滚转运动实现，所以先设计合

2、理的滚转控制作为内回路卓着陆阶段侧向控制主要是修正侧偏，可以采用不讨论实现的可能性，根据着陆不同阶段对精度和响应速度的要求决定采用不同控制方案第五章：牵根据上面的控制策略设计参数拿讨论了现代控制理论中的LQR算法，用来优化参数卓验证控制后的响应第六章：牟验证全包线范围内的控制特性拿改变初始值比较控制特性无人机自动着陆控制第二章飞机模型2．1非线性模型本文以我校自行研制的某型无人机为模型，采用苏联坐标系下的12阶微分方程攒述飞机运动特性。2．1．1与空间运动有关的坐标系和变量的定义为了准确描述飞机的运动状态，分别定义了不同的坐标系

3、，常用的有以下三个：>地轴系(吼虬巧z。)——原点0。取在地面上的某～点，0JX。轴处于地平面内指向某个方向，0。巧轴垂直地面指向上，0。z。按右手系定义。>机体轴系(ox，Iz，)——原点取在飞机的重心处，三个坐标轴与飞机固联。OX，轴位于飞机的对称平面内，与机身轴线～致，指向前；oE处于对称平面内并垂直ox。轴，指向上；OZ。垂直于托DI平面，指向右。》速度轴系(OX。‘z。)——原点取在飞机的重心处，OX。轴与飞机重心轨迹切线方向一致，与旷的方向一致；o■处于对称平面内并垂直nr。轴，指向上；OZ。垂直于以D匕平面，指向右

4、。有关的角度定义如下表。表2-I角度的定义运动参数符号注释正负的定义姿俯仰角t9飞机机体轴0X．与地平面的夹角抬头时为正态偏航角∥OX。轴在地平面的投影与地轴0dXd的夹角机头左偏航时为正角滚转角y机体轴p一与0巧轴之间的夹角飞机右倾时为正航迹倾斜角毋OX。轴与地平面的夹角飞机上升为正航迹航迹偏转角妒，OX。轴在地平面的投影与地轴0。z。的夹角以左偏时为正O匕轴与过矿且垂直于虬0。zd的平面之间以0匕在该平面之角航迹滚转角儿的夹角右时为正气迎角口速度向量矿在飞机对称平面内的投影与ox．以矿的投影在流的夹角0X，轴之下时为正以矿在

5、对称平面右角侧滑角p速度向量矿与飞机对称平面的夹角边时为正舵升降舵偏角占．向下偏转为正方向舵偏角0向右偏转为正角副翼偏角疋右下左上为正南京航空航天大学硕士学位论文飞机绕机体轴的旋转角速度。：，印，，m：与矿，j，，的关系如下q=，+矿sina∞。=8siny+cos8cosy吐=cosy一驴cosl9siny由上式求出：，=畋一，g口(qcosy一哎siny)矿=去(哆cos7-吐siny)垂=巩siny+∞：cosy2．1．2六自由度微分方程l、状态变量和输入变量定义如下：表2-2状态变量的定义(2一1)(2—2)}序号数学符

6、号变量符号含义单位1矿VT空速米／秒2alpha迎角弧度3卢beta侧滑角弧度4卯#滚转角速率弧度／秒5∞ywy俯仰角速率弧度／秒6∞：偏航角速率弧度／秒719theta俯仰角弧度8，ga皿a滚转角弧度9妒psl偏航角弧度10lon北向位置米llhalt高度米121at东向位置米表2-3输入变量的定义

7、序号数学符号变量符号含义单位l1以ele升降舵度12丸ail副翼度l3占，Ftld方向舵度l4P"gellg发动机推力无人机自动着陆控制关于高度有不同的定义，本文用的h是绝对高度。睾绝对高度：与海平面的垂直距离_聱真实高度：无线电

8、高度表测得的与地面目标的垂直距离睾相对高度：与机场地面的垂直距离膏标准气压高度：在气压为101325Pa的气压面还有几个关于速度的定义，本文中的矿指真空速。膏真空速：也叫空速，指相对于空气的运动速度，或者说考虑空气密度影响的飞机运动速度。睾表速：也叫指示空速，是归化到标准空气密度的真空速。●地速：指飞机相对于地面运动速度的水平分量，是真空速和风速水平分量的向量和。2、飞机在空气中飞行，其表面分布着空气动力，归结为一个作用于飞机重心的合力蠢和一个绕重心的合力矩府。通常采用J圣和廊在某坐标系的投影来研究问题。J圣沿速度坐标系的分量X

9、，y，z分别叫做阻力、升力和侧力，规定．r沿OXq轴的负向为正，r的正方向与DL轴一致，z的正方向和OZ。轴一致。麝沿机体坐标系的分量为^t，My，M：，分别称为滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩。它们的正方向和对应的机体轴方向一致。定义自由流的动压为q=妻p矿2，机