带推力矢量无人机控制技术的研究 (1)

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonControlTechnologyoftheUnmannedAerialVehicleBasedonTVCAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyXuYangAdvisedbyProf.WangDaoboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEng

2、ineeringMarch,2012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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文将带有推力矢量的无人机作为研究对象，设计出合理的推力变向机构，由于推力矢量改变了无人机的飞行性

3、能，有必要进行针对性的控制策略研究，本文提出了不同飞行模态下的控制策略，并引入了控制分配技术解决了余度控制问题，并在工程实践中进行了一系列的应用。首先针对推力矢量带来的无人机数学模型的改变进行了推导和分析，从机动性能指标方面运用数据分析得出了推力矢量对无人机操纵效率改善的结论。其次，分析了在无人机常规飞行模态中，为了保证姿态稳定与轨迹跟踪精确，进而设计了一种采用气动舵面和推力矢量同时进行控制的混合控制律，验证了推力矢量的控制效果。之后，为了实现无人机在机动飞行模态的姿态控制，提出了一种新颖的两步次优算法，实现了偏航反转机动。为了解决常规控制中调参难、回路繁多等缺点，运用了最优控制理论

4、解决了无人机的状态稳定以及最快爬升的问题。然后，在模块化飞行控制系统的设计过程中引入了控制分配环节，解决了冗余操纵机构协调工作的难题，并进行了重构性分析。最后，搭建了推力矢量飞行仿真平台，分别进行了软硬件设计，为推力矢量控制技术在无人机上的实用化奠定了工程基础。将推力矢量控制技术运用于无人机系统是一项非常具有挑战性的课题，将成为未来无人战斗机的设计中的必要环节，具有广泛的应用前景。本文分别从理论和工程方面进行探讨，所取得的研究成果可以作为无人战斗机实用化过程中的有益参考。关键词：推力矢量，混合控制，机动控制，最优控制，控制分配，控制重构I带推力矢量的无人机控制技术研究Abstract

5、TheresearchobjectofthispaperisanUAV(UnmannedAerialVehicle)basedonTVC(ThrustVectoringControl).Forthispurpose,anewtypeofpropellerisdesigned.Andwiththisactuator,UAVflightperformanceisimproved.Soit’snecessarytostudythecontrolstrategyofthisnewconfiguration.Inthispaper,differentstrategiesaredesignedt

6、osolveflightcontrolproblemsundervariousflightmodes.Also,controlallocationtechnologyisintroducedtodealwithredundancy.Atlast,aseriesofengineeringapplicationsareinuse.Firstly,TVCchangedUAVmathematicalmodelalot,akindofnewmodelneedstoderiveandanalyze.Throughanalysisofdata,theconclusionofUAVhigh-mane

7、uverabilityisobtainedbecauseofTVC.Secondly,innormalflightmode,inordertoensureattitudestabilityandtrajectorytrackingaccuracy,akindofhybridcontrollawcombinedwithrudderandTVCisdesigned,thisresultsshowgoodperformance.Then,inmaneuverin