无人机单副翼有限卡死下荷兰滚运动的研究

摘要

无人机常替代有人机在危险环境中飞行，故障发生概率大，所以研究特定故障下的无人机运动特性，并对其进行有效控制，最终能步出不稳定飞行状态是无人机研究的重要内容之一。本文针对某型无人机，研究其无人机受到侧向扰动而进入荷兰滚的运动模态后，在单副翼有限卡死下如何合理调节系统的控制布局，利用剩余有效的操纵面最大程度地补偿故障操纵面的影响，从而保证无人机能够安全飞行。
　　首先，深入分析单副翼卡死故障下无人机的受力情况，将单副翼卡死视为一个常值干扰，建立起故障后无人机的侧向运动方程，并运用小扰动线性化得出无人机侧向的线性化方程；其次，根据两种不同操纵舵面对单副翼卡死所产生的影响给予补偿，通过力矩平衡关系，得出单副翼有限卡死的范围，以保证其余舵面能够给予有效的控制，使无人机能够正常飞行；第三，应用经典PID控制方法对正常情况下无人机横侧向控制律进行设计及仿真验证；最后，在正常控制律的基础上，运用容错控制中的伪逆法设计了步出荷兰滚运动模态的控制律，并且通过仿真验证所设计的控制律基本满足要求。