论文摘要
现代战场环境日愈提升的复杂度要求飞行器具备更高的性能和更好的适应性。作为新一代飞行器的重要发展方向,可变形飞行器能根据飞行环境和任务需求大尺度改变自身结构,以获取最优的气动布局和操控性。由于可变形飞行器结构复杂,气动特性及动力学特性特殊,因此其建模和控制都是当前的研究热点。作为一种经典的飞行器变形方式,变后掠翼为许多现役飞机采用。然而目前对变后掠翼飞行器的研究大多基于单刚体假设,并不符合其多刚体结构的固有特性。此外,不对称变后掠翼,以及将变后掠翼作为姿态控制机构的相关研究也很罕见。研究可不对称变后掠翼飞行器的建模和控制,可以为采用类似变形方式的飞行器研究提供新的思路和方法,具有重要意义。本文结合国家自然科学基金项目(61273090),对可不对称变后掠翼飞行器的多刚体建模和飞行控制进行了深入的研究,并介绍了相关硬件实验平台的工作进展。主要工作和研究内容如下：一、基于Kane方法的可不对称变后掠翼飞行器多刚体建模。二、对称和不对称变后掠翼分别作为俯仰和滚转姿态控制器的可行性研究,以及它们与传统舵面协同工作时的控制分配设计。三、考虑外部扰动和系统物理限制时,可不对称变后掠翼飞行器一体化航迹跟踪控制设计。四、基于Paparazzi UAV项目的无人机硬件实验平台介绍,以及当前实验进展。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 可变形飞行器发展概述1.1.1 University of Florida可变形飞行器项目1.1.2 University of Maryland变翼展飞行器项目1.1.3 Georgia Institute of Technology多刚体可变形飞行器项目1.1.4 University of Notre Dame扣形翼可变形飞行器项目1.1.5 Virginia Polytechnic Institute and State University多用途可变形飞行器项目1.1.6 Virginia Polytechnic Institute and State University智能材料可变形飞行器1.2 可变形飞行器建模1.2.1 飞行器非刚性建模及多刚体建模的发展1.2.2 当前可变形飞行器建模工作介绍1.3 可变形飞行器控制1.3.1 飞行器控制发展1.3.2 可变形飞行器控制发展1.4 本文主要工作与章节安排第2章 变形飞行器建模基础及Kane方法2.1 飞行器相关坐标系及相互关系2.1.1 常用坐标系及角度定义2.1.2 坐标系转换关系2.2 飞行器所受的力和力矩2.2.1 气动力的产生2.2.2 后掠翼的气动力2.3 多刚体系统动力学方法2.4 Kane方法2.4.1 广义坐标和广义速率2.4.2 广义主动力和广义惯性力2.4.3 Kane动力学方程2.4.4 Kane方程与传统分析力学2.5 本章小结第3章 可不对称变后掠翼飞行器多刚体建模3.1 可不对称变后掠翼飞行器3.2 广义坐标和广义速率的选择3.3 各子刚体的偏角速度和偏速度3.3.1 偏角速度求取3.3.2 偏速度求取3.4 系统广义主动力分析3.4.1 机体刚体的广义主动力3.4.2 机翼刚体的广义主动力3.5 系统广义惯性力分析3.5.1 机体刚体的广义惯性力3.5.2 机翼刚体的广义惯性力3.6 系统模型建立与分析3.6.1 可不对称变后掠翼飞行器系统完整模型3.6.2 模型分析3.7 本章小结第4章 变后掠翼飞行器姿态控制4.1 变后掠翼气动特性和动力学特性4.1.1 对称变后掠翼4.1.2 不对称变后掠翼4.2 Backstepping方法4.3 Supervisory-Main Controller控制分配设计4.4 对称变后掠翼俯仰控制4.4.1 俯仰运动模型4.4.2 俯仰控制设计4.5 不对称变后掠翼滚转控制4.5.1 滚转运动模型4.5.2 滚转控制设计4.6 本章小结第5章 可不对称变后掠翼飞行器一体化航迹跟踪控制设计5.1 制导与控制系统分析5.1.1 制导与控制相关方程5.1.2 航迹跟踪系统5.2 Constrained Backstepping方法5.3 一体化航迹跟踪设计5.4 航迹跟踪仿真5.5 本章小结第6章 无人机硬件实验平台6.1 Paparazzi UAV项目6.1.1 系统架构6.1.2 系统硬件6.1.3 系统软件架构6.2 基于Paparazzi UAV的无人机实验6.2.1 无人机模型的选择6.2.2 机载电子设备的连接、调试与测试6.2.3 无人机飞行实验6.3 本章小结第7章 总结与展望7.1 研究成果和创新点7.2 工作展望参考文献在读期间发表的学术论文与取得的研究成果致谢
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标签：不对称变后掠翼论文; 多刚体动力学建模论文; 方法论文; 控制分配论文;
