大展弦比无人机安全着陆纵向控制技术研究

摘要

针对无人机在着陆阶段受大气扰动而易产生着陆安全事故的问题，本文以某大展弦比无人机为研究对象，从控制律和气动构型角度设计了两类着陆控制策略，解决了无人机对风干扰敏感和飞行状态一致性差等问题，提高着陆安全性。
　　本文首先建立了包含风干扰输入的无人机纵向模型和三种典型的风场模型，并在此基础上采用频域法分析得出阵风对无人机着陆安全影响最大的结论。其次，本文对对象无人机原着陆控制策略进行了分析，指出该策略在对风干扰和安全触地等方面的不足。
　　接着，本文对原有的制导算法和控制算法进行了改进，形成一整基于改进控制律的着陆控制策略。针对无人机浅下滑段对阵风敏感问题，采用下沉率制导算法和总能量控制系统的制导算法改善着陆轨迹，降低飞行速度/航迹耦合。针对安全触地问题，采用末端积分法和级联控制结构提高控制回路型别，抑制俯仰角剧烈扰动。仿真结果表明该策略在保证着陆精度前提下，能大幅提高无人机对风抗性，增强着陆一致性和安全性。
　　最后，本文从气动构型角度，针对带有襟翼的无人机提出了基于襟翼的着陆控制策略。大展弦比无人机因升阻比大，削弱了油门在浅下滑段的操纵性，从而增大了无人机对风干扰的敏感性。针对此问题，本文提出用襟翼改变气动构型减小升阻比、恢复油门操纵性的方法，并基于此方法重新设计了着陆控制策略。仿真结果表明该策略可以提高着陆精度、解决大气对无人机的扰动问题、增强着陆一致性和安全性。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2 国内外无人机着陆控制系统现状

1.3课题背景

1.4本文章节安排

第二章 建模与特性分析

2.1引言

2.2无人机纵向运动学方程

2.3着陆段纵向运动特性分析

2.4着陆段的不确定性

2.5本章小结

第三章 原着陆控制策略简介与分析

3.1引言

3.2原着陆控制策略

3.3原控制策略仿真结果

3.4着陆安全性不足问题分析

3.5本章小结

第四章 针对阵风敏感问题的制导算法改进

4.1引言

4.2基于下沉率的制导算法改进

4.3基于TECS的制导算法改进

4.4本章小结

第五章 针对安全触地问题的控制算法改进

5.1引言

5.2基于末端积分的触地俯仰角保护

5.3基于级联控制的触地俯仰角保护

5.4小结

第六章 改变气动构型的安全着陆控制策略设计

6.1引言

6.2原飞机构型的问题分析

6.3襟翼的使用方法

6.4改变构型的安全着陆控制策略设计

6.5仿真结果对比

6.6本章小结

第七章 综合仿真验证

7.1引言

7.2数字仿真验证平台

7.3安全着陆仿真验证

7.4本章小结

第八章 总结与展望

8.1论文的主要工作

8.2后续研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文