带推力矢量的无人机控制技术研究

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。

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第一章绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 无人战斗机的发展及趋势

1.3 无人战斗机飞行控制技术研究现状

1.4 推力矢量控制技术应用于无人战斗机的可行性

1.5 本文研究的内容及论文的安排

第二章推力矢量无人机数学建模及特性分析

2.1 常用坐标系及相互转换

2.2 推力偏转角的定义

2.3 推力矢量无人机全量数学模型

2.4 推力矢量无人机模型线性化

2.5 推力矢量无人机机动性能分析

2.6 本章小结

第三章推力矢量无人机控制策略研究

3.1 推力矢量无人机的控制特点及策略

3.2 推力矢量无人机的姿态控制

3.3 推力矢量无人机的轨迹控制

3.4 推力矢量无人机的机动控制

3.5 推力矢量无人机的最优控制

3.6 本章小结

第四章推力矢量无人机的控制分配研究

4.1 控制分配问题描述

4.2 控制分配方法

4.3 基于组合能量优化的控制分配策略

4.4 基于控制分配的操纵机构重构策略

4.5 本章小结

第五章推力矢量飞行控制仿真平台

5.1 仿真平台的简介

5.2 仿真计算机系统

5.3 物理效应设备

5.4 控制、制导和导航系统

5.5 视景模拟系统

5.6 本章小结

第六章总结与展望

6.1 本文的工作总结与主要创新

6.2 未来工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文