无人机起飞与降落的控制技术

摘要

无人机在当前的战争中起着不可替代的作用，而自主起飞和降落无疑成为无人机课题中比较重要的一项。论文研究了自主起飞着陆的关键问题：无人机三轮和两轮滑跑模型建立、起飞控制律和控制器的设计、着陆控制律和控制器的设计。
　　 介绍了无人机的应用前景，国内外的无人机发展状况，以及国内外无人机起飞着陆的现状。
　　 说明了我国无人机起飞着陆还处在初始阶段，证实了自主起飞着陆的重要性，论证了本课题研究的必要性。
　　 对无人机三轮滑跑和两轮滑跑模块进行了建模。作为起飞着陆过程的一个阶段，无人机在三轮滑行时的运动特性与空中飞行时的特性，以及仅主轮着地滑行时的运动特性有所不同。以某型号无人机为背景，根据经典的十二阶微分方程对这两个阶段建立了全量非线性模型，并且建立了风干扰模型、大气模型、和发动机模型。由于没有对刚体运动模型和气动数据做线性化处理，因此该模型比较准确反映该无人机的实际运行特性。在MATLAB/SIMULINK 仿真环境下搭建了该模型的仿真系统，并用仿真结果来证明模型的可用性。
　　 由于经典的PID控制器对无人机在有风干扰的情况下不能很好的实现起飞和降落，论文使用基于LM(Levenberg-Marquardt)算法的神经网络对无人机起飞进行控制，在有风干扰的情况下，仿真证明了其可靠性；针对着陆状态设计了自适应逆控制律，提出了使用BPTM(backpropagation through (plant)model)和RTRL(real-time recurrent learning)算法对自适应逆控制器中的各滤波器权值进行更新，从仿真结果看自适应逆效果较好，最后在用风干扰的情况下进行验证了其鲁棒性。
　　 最后在Windows 下设计了三维仿真平台。使用当下三维动画中最为流行的建模工具3ds-max 建立了飞机模型，在VC 环境下设计了控制器模块、无人机三维仿真模型、无人机数学模型和地形模块并完成了仿真系统设计，最后组建三维仿真系统，实现了无人机的起飞和降落的三维仿真。