基于模型预测的飞翼布局无人机纵向着舰控制研究

摘要

飞翼布局无人机空气动力学特点是：形状扁平，没有平尾和垂尾，所以相对常规布局无人机纵向稳定性较差，同时纵向操纵舵面的气动效率也相对较低。现代航母舰载机已经进入智能无人化、隐身化时代，飞翼布局无人机的特殊气动布局，使其很好的满足现代航母对舰载机作战平台的战术要求。但是飞翼无人机着舰的控制难度较常规布局舰载机更大，特别是纵向着舰控制。本文研究借鉴了常规布局舰载机在航母飞行甲板上纵向着舰控制相关技术，设计飞翼无人机纵向着舰引导律和基于模型预测控制理论的纵向着舰控制律，改善了飞翼无人机在航母复杂着舰环境下，纵向着舰控制的安全性、准确性问题。 以样例飞翼无人机为研究对象建立其运动学模型，分析航母着舰环境，分别对航母飞行甲板运动和舰尾流风场扰动建立数学模型。参考有人舰载机在复杂的航母着舰环境中着舰轨迹和控制要求，结合飞翼无人机特殊的气动性能和操纵性能，设计飞翼无人机着舰下滑轨迹，包括进场平飞和下滑引导等。 在对飞翼无人机和航母着舰环境建模的基础上，结合着舰下滑轨迹每个阶段对控制空速和高度的要求，综合考虑飞翼无人机的纵向着舰控制要求，基于模型预测理论设计符合飞行着舰轨迹要求的控制器。本文设计了飞翼无人机纵向着舰控制系统的控制策略，在此基础上基于模型预测控制理论分别设计纵向着舰空速和高度控制器，实现飞翼无人机纵向着舰轨迹和航母甲板理想着舰点的动态跟踪。 最后，应用MATLAB软件搭建飞翼无人机着舰仿真环境，对飞翼无人机着舰时受到的各种扰动，例如舰尾流风场、航母甲板运动等进行仿真验证。仿真结果表明所设计的纵向着舰空速和高度控制器满足飞翼无人机着舰轨迹控制要求，纵向着舰控制系统具有一定的鲁棒性和准确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和目的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 飞翼无人机和着舰环境建模

2.1 样例飞翼无人机数学模型

2.2 着舰环境的数学模型

2.3 飞翼无人机的纵向下滑轨迹设计

2.4 本章小结

第3章 飞翼无人机纵向着舰引导律设计

3.1 舰载飞机与航空母舰适配性的基本要求

3.2 舰载机进场着舰分析

3.3 飞翼无人机纵向着舰引导律设计

3.4 本章小结

第4章 飞翼无人机纵向着舰控制律设计

4.1 模型预测控制（MPC）基本原理

4.2 模型预测控制方法

4.3 飞翼无人机纵向着舰控制律设计

4.4 本章小结

第5章 飞翼无人机纵向着舰控制律综合仿真验证

5.1 控制系统鲁棒性验证

5.2 验证着舰点沉浮运动补偿效果

5.3 航母行驶速度和遭遇角对飞翼无人机着舰精度的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢