无人直升机自主着舰引导与控制技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870314-S259学科分类号：082601硕士学位论文无人直升机自主着舰引导与控制技术研究研究生姓名戴文正学科、专业武器系统与运用工程研究方向先进飞行控制技术指导教师袁锁中副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一四年二月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringGuidanceandControlofAutonomousHelicopterShipLandingAThesis

2、inWeaponSystemsandApplicationEngineeringbyDaiWenzhengAdvisedbyProf.YuanSuozhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFebruary,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使

3、用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要舰载无人直升机已是现代水面舰艇作战系统不可缺少的组成部分，在未来战争中也将起着重要作用。无人舰载直升机的技术核心是设计与开发一种十分有效的制导系统，使直升机自主安全地降落在作六自由度运动着的舰船上。本文针对无人直升机的自主着舰引导与控制展开了研究。首先对无人直升机及其着舰环境进行建模分析，建立了完整的着舰坐标体系；建立了无人直升机六自由度动力学

4、模型；分析了无人直升机着舰的过程，将无人直升机自主着舰分为两个阶段——返航进场和下降着舰，分别进行研究。其次设计了无人直升机飞行控制系统。基于工程应用的角度，采用PID经典控制对直升机四个通道的控制律进行了设计；考虑到着舰时外界的强干扰，研究采用神经网络动态逆进行了控制律设计；数值仿真验证了所设计控制系统的性能，结果表明基于神经网络动态逆的控制系统性能具有更好的动态跟踪性能与鲁棒性。再次研究了无人直升机返航进场着舰问题。采用三次样条插值的方法设计了无人直升机返航进场的基准轨迹，采用视线法设计了无人直升机的制导律,对无人直升机返航进场段飞行进行了仿真验证。仿真表明所设计的系统能够

5、实现引导与控制无人直升机沿着基准轨迹飞行至舰船附近。最后研究了无人直升机下降着舰的控制问题。采用改进的AR模型设计了甲板预估器，确定最佳下降时间，设计了无人直升机下降着舰的控制律。数值仿真表明所设计的系统能够引导无人直升机在规定的时间降落到甲板上，满足着舰的指标要求。研究表明，本文设计开发的无人直升机自主着舰系统，实现了引导与控制无人直升机自主导返航降落在飞行甲板上。本文的研究成果对实现无人直升机自主着舰工程化具有参考价值。关键词：无人直升机，飞行控制，视线制导，自主着舰，航线规划，甲板预估I万方数据无人直升机自主着舰引导与控制技术研究AbstractCarrier-based

6、unmannedhelicopterisanintegralpartofmodernsurfacewarshipscombatsystem.Itwillplayanimportantroleinfuturewars.ThecoretechnologyofCarrier-basedunmannedhelicopteristodesignanddevelopaveryeffectiveguidancesystem.Thissystemcanmakeautonomoushelicopterlandontheshipwhichisdoingsixdegreesoffreedommove

7、ment.Thispaperstudiestheguidanceandcontrolsystemofautomatichelicoptershiplanding.Firstly,thedynamicmodelofunmannedhelicopteranditslandingenvironmentwereintroduced.AcompletecoordinatesystemofLandingwasestablished.Theprocessoflandingwasanalyzed.Baseo