輪式無(wú)人機(jī)自主著陸控制技術(shù)研究.pdf

1、輪式無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程可以分成三個(gè)階段：地面滑跑起飛、空中飛行以及進(jìn)場(chǎng)著陸。建立樣例無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，考慮到三個(gè)階段的飛行過(guò)程中樣例無(wú)人機(jī)受力不盡相同，因此在建立其空中飛行段的全量數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了樣例無(wú)人機(jī)地面滑跑段的數(shù)學(xué)模型。為便于控制器的設(shè)計(jì)，對(duì)樣例無(wú)人機(jī)的全量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行配平線性化處理，結(jié)合已有的氣動(dòng)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等，對(duì)樣例無(wú)人機(jī)進(jìn)行特性分析，包括升阻比特性分析、靜穩(wěn)定性分析以及縱橫向模態(tài)分析。
　　為確保樣例無(wú)人機(jī)

2、的著陸安全，樣例無(wú)人機(jī)下滑時(shí)的升降速率須保持在一定范圍內(nèi)且最終須以抬頭姿勢(shì)著陸，因此設(shè)計(jì)了適用于樣例無(wú)人機(jī)的一種基于待飛距離的下滑軌跡線，該下滑軌跡線包括進(jìn)場(chǎng)飛行段、軌跡捕獲段、直線下滑段、末端拉起段、地面滑跑段。根據(jù)樣例無(wú)人機(jī)的最小最大速度、最大推力、飛行高度變化范圍、迎角工作范圍等指標(biāo)，確定下滑軌跡線各個(gè)階段的具體控制參數(shù)。
　　樣例無(wú)人機(jī)著陸段的控制律設(shè)計(jì)以及控制參數(shù)選取，是影響樣例無(wú)人機(jī)安全著陸的重要因素。在樣例無(wú)人機(jī)的縱

3、橫向模態(tài)特性分析的基礎(chǔ)上，分別對(duì)樣例無(wú)人機(jī)的縱向控制回路以及橫側(cè)向控制回路(縱向控制回路包含了高度控制回路和俯仰姿態(tài)控制回路，橫側(cè)向控制回路包含了滾轉(zhuǎn)控制回路、航向控制回路以及航跡控制回路)進(jìn)行控制律的設(shè)計(jì)以及控制參數(shù)的選取。通過(guò)全數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)所設(shè)計(jì)的控制律進(jìn)行驗(yàn)證，仿真驗(yàn)證結(jié)果表明設(shè)計(jì)的控制律能夠滿(mǎn)足樣例無(wú)人機(jī)自主著陸的要求。
　　精確的導(dǎo)航結(jié)果是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)準(zhǔn)確著陸的前提，本文綜合考慮飛行環(huán)境對(duì)導(dǎo)航傳感器的影響因素，在著陸段的

4、飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，提出了一種基于氣壓和無(wú)線電高度表輔助的GPS/SINS/視覺(jué)組合導(dǎo)航方法。首先分析了GPS、SINS、氣壓高度表、無(wú)線電高度表的工作原理以及誤差模型，重點(diǎn)闡述了一種地面視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的組成、工作原理；采用聯(lián)邦卡爾曼濾波算法對(duì)各傳感器輸出信息進(jìn)行融合，針對(duì)傳統(tǒng)聯(lián)邦濾波器固定信息分配系數(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種基于子濾波器協(xié)方差矩陣特征值的自適應(yīng)信息分配系數(shù)。最后通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了本文研究的聯(lián)邦濾波組合導(dǎo)航方案能夠提供高精度的導(dǎo)