起落架四点布局无人机地面滑跑建模与控制研究

论文摘要

本文以我国某型起落架四点布局无人机为研究对象,主要任务是研究该无人机的地面运动,并设计有效的控制方法来稳定无人机地面运动时的航向,确保其地面滑跑的安全。围绕主要任务,本文主要做了四方面工作。一是建立了该无人机地面运动的数学模型;二是针对模型设计了多种地面运动航向控制律;三是设计了着陆时制动过程中的防滑控制律;四是对模型和控制律进行了仿真验证。本文在建立无人机模型时,充分考虑了摩擦力、侧向力和角速率等各种因素,对四轮无人机地面滑跑时的运动特点和受力情况进行了全面分析和研究。设计航向控制律时,采用了PID、模糊PID和神经网络等多种控制方法,并对各种控制方法进行了对比。在防滑控制研究时,采用了基于最佳滑移率的滑模变结构控制方法,设计控制律时考虑了无人机速度和路面条件的影响。最后,在MATLAB/SIMULINK下建立仿真系统并仿真,仿真结果表明:1、建立的无人机地面运动数学模型正确;2、各航向控制律均能较好的控制无人机地面运动时的航向,神经网络控制方法效果较优;3、防滑控制律起到了较好的防滑效果,同时使无人机获得了最大的制动力,取得了最好的制动效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无人机概述
• 1.2 无人机起飞与着陆的一般方式
• 1.2.1 发射方式
• 1.2.2 回收方式
• 1.3 本文研究背景、目的及意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 系统建模
• 2.1 坐标系及相互间的转移矩阵
• 2.1.1 常用坐标系
• 2.1.2 坐标系间的相互转换
• 2.1.3 飞机运动的主要参数
• 2.2 起落架四点布局无人机地面运动建模
• 2.2.1 空气动力
• 2.2.2 无人机及其载荷的总重力
• 2.2.3 地面作用力
• 2.2.4 发动机推力
• 2.3 轮胎数学模型
• 2.4 减震支柱数学模型
• 2.4.1 减震器工作原理
• 2.4.2 数学模型
• 2.5 刹车系统模型
• 2.5.1 刹车系统工作原理
• 2.5.2 刹车装置
• 2.5.3 刹车数学模型
• 2.5.4 差动刹车回路模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 轮胎与跑道结合系数研究
• 3.1 轮胎与跑道表面间结合力的附着机理
• 3.1.1 轮胎与跑道间摩擦力的产生
• 3.1.2 轮胎与跑道表面之间的附着机理
• 3.2 结合系数的计算
• ） 对结合系数的影响'>3.2.1 峰值因子（D|^）对结合系数的影响
• 3.2.2 形状因子C 对结合系数的影响
• 3.2.3 刚度因子B 的确定
• 3.3 基于最佳滑移率的结合系数计算
• 3.3.1 基于Burckhardtμ- s 曲线模型求解
• 3.3.2 基于Kienckeμ- s 曲线模型求解
• 3.3.3 基于Pacejka 魔术公式求解
• 3.4 本章小结
• 第四章 控制系统设计与仿真
• 4.1 无人机地面滑跑仿真系统设计
• 4.1.1 无人机仿真系统组成
• 4.1.2 各模块主要功能
• 4.2 无人机航向控制
• 4.2.1 航向控制系统工作原理
• 4.2.2 航向控制律设计与仿真
• 4.3 刹车控制
• 4.3.1 刹车频率控制
• 4.3.2 刹车压力控制
• 4.3.3 刹车防滑控制
• 4.3.4 制动与航向控制的协调
• 4.4 防侧翻分析
• 4.4.1 无人机地面转弯半径的计算
• 4.4.2 无人机地面滑跑防侧翻控制
• 4.4.3 无人机地面滑跑防侧滑控制
• 4.4.4 无人机地面滑跑纠偏能力分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文