Matlab/Simulink环境下无人机全过程飞行仿真技术研究

论文摘要

随着无人机军事需求的日益增多,无人机飞行控制应用技术的研究显得越来越重要。飞行控制技术研究的主要手段是仿真和试验,本文配合某型低速无人机飞行控制系统的研制工作,以Matlab为工具,对无人机飞行控制律和全过程飞行仿真技术进行了研究。论文首先给出了无人机全过程飞行仿真的总体结构,研究了实现仿真的技术现状。利用Stateflow强大的逻辑和图形化编程功能模拟了无人机的飞行管理器,实现了自主飞行和遥控飞行的功能;利用GUI用户图形界面建立了功能强大的人机界面,对Simulink中的仿真数据进行显示。其次,建立了无人机从发射到伞降回收的十二阶S-function非线性飞行动力学模型,并对其仿真算法进行了分析。研究了无人机纵向和横侧向导航制导律的工作原理和控制规律,在侧向导航控制中研究了航段转换准则和两种航段转换方法。研究了风速对无人机的发射稳定性影响,通过风速对无人机导航控制影响的分析,提出了减小侧风影响的控制策略,并推出一种计算平均水平风速的方法。最后,通过Matlab/Simulink实现了无人机全过程飞行的非线性仿真验证,分析了无人机在全航程飞行过程中的飞行数据/曲线,验证了本文研究内容的正确性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无人机飞行控制系统仿真试验
• 1.3 研究背景
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 基于 MATLAB 飞行仿真的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 MATLAB/SIMULINK环境下的非线性仿真结构
• 2.3 无人机六自由度非线性数学模型
• 2.4 基于 STATEFLOW的多模态飞行控制
• 2.4.1 飞行控制律
• 2.4.2 Simulink 指令
• 2.4.3 飞行管理系统
• 2.5 仿真过程的人机界面
• 2.6 仿真遥控指令
• 2.7 小结
• 第三章 无人机动力学建模
• 3.1 引言
• 3.2 无人机的数学模型
• 3.2.1 坐标系
• 3.2.2 无人机动力学计算
• 3.2.3 无人机空气动力参数的计算
• 3.2.4 飞机质量的变化率
• 3.2.5 发动机油门状态与推力
• 3.2.6 发射起飞段时的无人机所受外力分析与计算
• 3.2.7 插值算法
• 3.2.8 无人机飞行控制仿真算法
• 3.3 小结
• 第四章 无人机飞行控制逻辑与控制规律
• 4.1 引言
• 4.2 自然飞机操纵力学特性
• 4.3 飞行自动控制系统的组成
• 4.3.1 某低速无人机飞行控制规律
• 4.3.2 典型无人机控制系统回路组成
• 4.3.3 俯仰与滚转姿态控制
• 4.3.4 高度控制律
• 4.3.5 航向控制
• 4.3.6 侧向偏离控制
• 4.4 自主导航与航迹控制
• 4.4.1 侧向导航控制（LNAV）
• 4.4.2 垂直导航控制（VNAV）
• 4.5 无人机在风场中的飞行方式
• 4.5.1 侧风扰动对航迹影响
• 4.5.2 消除水平风引起的侧向偏离方案
• 4.5.3 侧风计算
• 4.6 小结
• 第五章 全过程飞行仿真中的 STATEFLOW/GUI 技术
• 5.1 引言
• 5.2 STATEFLOW
• 5.2.1 有限状态机原理
• 5.2.2 Simulink 模型和Sateflow 状态机
• 5.2.3 Sateflow 图的组成元素的功能
• 5.2.4 Stateflow 在全航程飞行过程中的作用
• 5.3 GUI 功能及在仿真中技术应用
• 5.4 小结
• 第六章 样例无人机的全过程飞行验证
• 6.1 引言
• 6.2 全过程飞行仿真验证
• 6.3 无人机基本状态仿真响应图
• 6.3.1 无人机发射仿真曲线图
• 6.3.2 无人机爬升/下滑与平飞转换仿真曲线图
• 6.3.3 航段转换仿真曲线图
• 6.4 无人机发射时水平风的应对措施
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文