空投任务下翼伞建模与飞行控制研究

摘要

翼伞系统可用于精确空投和“定点无损”着陆，在军事、航空航天等领域有着广泛的应用前景。目前翼伞系统已成为空投和回收领域研究的热点。本文围绕空投任务下的翼伞空投系统建模、姿态控制、归航控制、航迹规划以及三维动画视景仿真这几个方面展开研究工作： 首先，将翼伞和空投物看作刚性连接的整体，忽略空投物与伞体之间的相对运动，对完全张满后的可控翼伞系统建立了六自由度运动模型，并在所建模型的基础上进行了运动特性的仿真分析。其次，利用非线性动态逆控制方法实现翼伞姿态控制系统的设计，考虑到系统建模误差和外界干扰等不确定因素对控制器性能的影响，引入模糊干扰观测器对翼伞飞行过程中所受复合干扰进行逼近和控制，提高整个闭环系统的控制性能。随后，研究了翼伞系统的归航控制，介绍和比较了目前翼伞归航控制的方法，选取分段归航作为本文中翼伞系统归航的方式。在Gockel对翼伞归航设计的基础上，采用内环姿态控制律和外环制导系统设计思路，运用基于模糊干扰观测器的非线性预测控制方法对翼伞归航轨迹进行跟踪控制。实验仿真表明，在存在外界干扰和建模误差的情况下，该控制策略具有良好的鲁棒性和抗干扰性。接着，研究了翼伞系统的航迹规划问题，对地形威胁和火力威胁进行了建模，结合翼伞飞行特性，引入最小威胁曲面生成三维航迹搜索空间，并利用粒子群算法搜索优化翼伞系统的航迹。仿真结果表明，利用粒子群算法规划出的航迹能够躲避威胁，满足航程和高度的要求。最后，进行了基于OpenGL空投系统的三维动画视景仿真，比较生动地演示了空投系统着陆的过程。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章 绪论

第二章 翼伞系统飞行建模及其运动特性研究

第三章 基于模糊干扰观测器动态逆方法的翼伞姿态飞行控制

第四章 翼伞系统归航控制研究

第五章 基于粒子群算法的翼伞系统航迹规划研究

第六章 空投系统的三维视景仿真

第七章 总结与展望

参考文献

致 谢

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