无人直升机着舰控制技术研究

论文摘要

无人直升机着舰回收过程是一个复杂且危险的过程,天气变化、舰尾流与甲板运动等,都会影响着舰的成败,影响到无人直升机和舰船的安全。本文在总结国内外研究的基础上,重点研究了以下几个方面的问题:首先,建立了着舰过程中的大气紊流和舰船甲板运动的数学模型;建立了无人直升机的动力学模型,分析了无人直升机的开环特性,并探讨了通道间的耦合关系。其次,设计了无人直升机轨迹跟踪控制系统。根据内/外回路控制策略,采用动态逆控制方法设计姿态控制内回路,实现了通道间的解耦,并利用神经网络在线补偿模型误差,使其具有自适应能力。在此基础上设计了基于多通道PD控制的外回路轨迹跟踪控制器,研究了两种轨迹跟踪算法:一是根据动态逆的基于速度控制的轨迹跟踪算法;另一是基于加速度和姿态角关系的轨迹跟踪控制算法。最后通过仿真对算法进行了验证。最后,参考国外文献,设计了无人直升机理想着舰轨迹,并对无人直升机自主着舰的整个过程进行了仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 舰载无人机在现代海战中的应用
• 1.1.2 当前国内外舰载无人直升机发展情况
• 1.2 舰载无人直升机关键技术
• 1.3 舰载无人直升机回收精确导引技术
• 1.4 无人直升机飞行控制特点及当前主要控制技术
• 1.5 论文主要内容
• 第二章 着舰过程与着舰环境
• 2.1 引言
• 2.2 舰载无人直升机自主着舰过程
• 2.3 着舰环境
• 2.3.1 舰船甲板运动
• 2.3.2 大气紊流干扰（Airwake）
• 2.4 本章小结
• 第三章 无人直升机动力学建模与特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 无人直升机飞行机理介绍
• 3.2.1 旋翼切面原理
• 3.2.2 垂直飞行、前向飞行与横向飞行介绍
• 3.2.3 无人直升机动力学模型
• 3.2.4 无人直升机线性动力学模型
• 3.3 无人直升机开环特性分析
• 3.3.1 本文所用无人直升机简介
• 3.3.2 无人直升机状态方程分析
• 3.3.3 开环特性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 无人直升机着舰轨迹控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 无人直升机内回路姿态控制设计
• 4.2.1 动态逆原理
• 4.2.2 姿态控制器结构
• 4.2.3 姿态控制回路动态逆控制器推导
• 4.2.4 神经网络结构及权值调整
• 4.2.5 姿态控制仿真与分析
• 4.3 轨迹跟踪控制
• 4.3.1 基于速度逆控制的轨迹跟踪设计
• 4.3.2 基于加速度和姿态角的轨迹跟踪设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 着舰飞行轨迹设计
• 5.1 引言
• 5.2 第一部分轨迹设计
• S 轴方向轨迹设计'>5.2.1 OX_S轴方向轨迹设计
• S 轴方向轨迹设计'>5.2.2 OZ_S轴方向轨迹设计
• 5.2.3 第一部分轨迹仿真
• 5.3 第二部分轨迹设计
• S 轴轨迹设计'>5.3.1 OY_S轴轨迹设计
• 5.3.2 稳定调整阶段
• S 轴下降轨迹设计'>5.3.3 OZ_S轴下降轨迹设计
• 5.3.4 第二部分轨迹总述
• 5.3.5 第二部分轨迹仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 无人直升机着舰综合仿真
• 6.1 引言
• 6.2 基于速度的轨迹跟踪算法的仿真
• 6.2.1 第一部分轨迹跟踪
• 6.2.2 第二部分轨迹跟踪仿真
• 6.3 基于加速度与姿态角关系的轨迹跟踪算法仿真
• 6.3.1 第一部分轨迹跟踪仿真
• 6.3.2 第二部分轨迹跟踪仿真
• 6.4 舰船甲板运动跟踪
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文