翼伞动力学建模与归航控制技术研究

摘要

伴随着空投技术的发展，翼伞因其出色的操纵性能，广泛应用于军事、民用、航空航天领域，翼伞的归航控制问题已经成为研究热点。目前国内外已经实施了多个精确空投项目，取得了一定的成果。本文采取理论分析与实验仿真相结合的方案，针对翼伞的建模与归航控制问题进行了研究。
　　首先，分析了翼伞的运动学与动力学方程，引入后缘襟翼下偏对于气动力与力矩的影响，建立了物伞六自由度模型，进一步对六自由度模型加以简化，分析了翼伞的稳态运动过程，通过对力学关系的分析建立了翼伞四自由度稳态模型，并推导了模型参数间的运算关系。
　　其次，采用分段归航算法进行航迹规划研究。基于翼伞四自由度模型的飞行规律，结合分段归航轨迹的几何特性，建立了用于求解轨迹的目标函数。利用改进后的人工鱼群算法优化目标函数，得到轨迹的设计参数，进一步通过仿真验证该轨迹设计方案的合理性。
　　然后，根据大气风场的基本构成，建立了组合风场模型叠加至翼伞模型，以分析风速对翼伞飞行轨迹的影响。针对飞行轨迹与理想轨迹的偏差，设计了结合位置与航向信息的偏差量计算方案，并搭建航迹跟踪控制器，仿真分析了各偏差量求解算法及PID控制算法的跟踪效果。
　　最后，为了便于翼伞操纵特性的研究及控制算法的验证，基于四自由度稳态模型设计了翼伞半物理仿真平台，编写了底层驱动程序，并进行了平台的运动实验。设计了增量式PID控制器，以控制翼伞的归航航向角，并利用此平台对控制算法的有效性进行了实验验证。
　　本文的研究工作为翼伞的归航控制方案的设计提供了理论依据，为翼伞的控制算法实验验证提供了新的平台。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的目的及意义

1.4 课题研究内容

1.5 本章小结

第二章 翼伞系统动力学建模与仿真

2.1 引言

2.2 翼伞的组成与结构参数

2.3 翼伞六自由度建模

2.4 翼伞四自由度建模

2.5 本章小结

第三章 翼伞分段归航设计

3.1 引言

3.2 归航轨迹设计

3.3 优化算法

3.4 仿真实验

3.5 本章小结

第四章 基于组合风速建模的翼伞航迹跟踪控制

4.1 引言

4.2 风场建模

4.3 轨迹偏差量的计算

4.4 跟踪控制器

4.5 本章小结

第五章 翼伞四自由度半物理仿真平台设计

5.1 引言

5.2 仿真平台设计方案

5.3 仿真平台软硬件设计

5.4 平台运动实验

5.5 航向控制实验

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 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