基于切换技术的低空掠海无人飞行器安控系统设计

摘要

随着航天科技水平的迅速发展及国防工业能力的快速提升，无人飞行控制技术逐渐成为该领域的重点发展方向。同上世纪末的无人飞行器技术相比，新型无人飞行器呈现出“速度快”、“高机动”、“高精度”等众多新特点。针对低空掠海无人飞行器这一类别的无人飞行器而言，它还具有“超低空”、“隐身性好”等明显特征。同时，无人飞行器的飞行试验环境同以前相比也显得更为复杂，电磁环境复杂、航区周围受保护目标众多等因素对飞行器试验的安全性与可靠性提出了更高的要求。相对复杂的试验环境及苛刻的安全要求，使得现有的无人飞行器安控体制无法完全满足安全需求。如何在现有安控条件的基础上，提高安控系统的可靠性与有效性，以适应新形势下的飞行试验安全要求，是当前飞行器安控技术领域亟需解决的问题。 本文通过研究无人飞行器试验环境及安控系统的工作原理，将包含有离散事件及连续动态行为的安控系统进行分解，从安控信息源输入、安控模式切换规则、安控子模式输出三个层次进行分析，设计合理的安控系统子模态与切换规则，搭建基于切换技术的安控混杂系统，并通过仿真试验进行验证。本文的主要研究内容有以下几个方面: 首先，阐述无人飞行器安控系统的结构组成、工作原理与模式，以及与安控行为相关的试验航区划分、安控保护目标确定原则、相关坐标系及其转换关系等其他基础知识，为下一步分析构建安控系统特性奠定理论基础。 其次，从安控系统的性能特点、控制结构等方面入手，深入分析安控系统中存在混杂特性，并确定混杂变量参数，构建合理的安控切换系统模型。 再次，根据无人飞行器安控系统的实际工作过程，研究安控过程所涉及的飞行器动力学模型、控制通道模型、高度控制模型及舵机工作模型等，为最终实现系统的仿真试验提供理论依据。 然后，根据安控信息源及安控执行模式的差异性，将安控系统的工作模式分解为非安控、安控待机、姿态角自毁、定位规避、定位超偏、定位超程、人工规避和人工自毁等八种安控子模式，并通过数学仿真对各安控子模式的有效性进行验证;同时，根据无人飞行器实际安控需求，设计合理的安控模态切换策略。 最后，在完成安控子模式创建及安控模态切换规则设计的基础上，选择合理的系统硬件设备及软件工作平台，搭建安控混杂系统结构模型，进行安控切换系统的数学仿真及半实物仿真试验，并对试验结果进行分析。

目录

声明

摘要

1．1选题背景及研究意义

1．2无人飞行器安控系统概述

1．2．1安控系统简介

1．2．2我国研究现状及面临的新问题

1．3混杂系统与切换系统

1．3．1混杂系统简介与基本特征

1．3．2切换系统简介与基本模型

1．4主要研究内容

第2章无人飞行器安控技术概述

2．1安控相关知识

2．1．1试验航区

2．1．2安控动作方式

2．1．3安控保护目标

2．1．4相关坐标系及相互转换关系

2．2安控系统理论

2．2．1安控系统组成

2．2．2安控系统工作原理

2．2．3安控系统的工作模式

2．2．4安控判决原则

第3章安控系统控制方法研究与系统构建

3．1安控系统性能特点分析

3．2安控系统控制方法分析

3．2．1定位安控方法

3．2．2姿态角安控方法

3．2．3人工安控方法

3．3安控系统混杂特性研究

3．3．1安控系统控制结构分析

3．3．2安控系统混杂特性分析

3．4安控系统混杂系统建立

3．4．1安控子系统切换控制基本描述

3．4．2切换关键参数的确定

3．4．3安控混杂系统模型构建

第4章安控混杂系统控制器设计

4．1无人飞行器运动模型

4．1．1飞行器运动学模型

4．1．2俯仰通道运动模型

4．1．3．俯仰通道控制回路模型

4．1．4无人飞行器高度控制系统模型

4．1．5舵机建模

4．2无人飞行器安控混杂系统建模

4．2．1非安控模式

4．2．2安控待机模式

4．2．3姿态角自毁安控模式

4．2．4定位规避安控模式

4．2．5定位超偏安控模式

4．2．6定位超程自毁安控模式

4．2．7人工规避安控模式

4．2．8人工自毁安控模式

4．3安控混杂系统控制器性能分析

4．4安控系统的多模式切换设计

第5章安控混杂系统搭建与试验仿真

5．1安控混杂系统结构搭建

5．1．1安控混杂控制整体结构搭建

5．1．2系统主要硬件设计

5．1．3切换控制器的软件设计

5．2仿真试验及结果分析

5．2．1数学仿真试验

5．2．2半实物仿真试验

5．2．3仿真试验结果及分析

第6章总结与展望

6．1主要研究成果

6．2关键创新点

6．3下一步研究与展望

参考文献

致谢