摘要：飞行器无人化，研制新型结构无人飞行器及高自主级别无人飞行器是当前飞行器技术进展的重要方向之一。本论文在该思想的指导下，以某自转式无人旋翼机为平台，针对实际研制工作中遇到的不足，结合相关论述开展探讨工作，探讨内容包括数学模型的建立、操纵响应性浅析、飞行制约对策设计、基于虚拟参考校正策略的制约器参数优化、基于鲁棒非脆弱的制约律重构设计等方面。文章首先以无动力旋翼自转特性浅析入手，浅析了自转式无人旋翼机的结构和建模特点，运用飞行动力学知识并结合该旋翼机的结构特性建立了该无人旋翼机的飞行动力学数学模型。然后结合该无人旋翼机小扰动线性化模型，浅析了部分起主要作用的气数导数的作用，并结合相关气动导数，浅析了该无人旋翼机的操纵响应性，以而揭示了无人旋翼机独特的操纵响应特性。其次，针对该无人旋翼机的操纵特性和飞行动力学特点，设计了包括滑跑起飞制约、高度制约以及固定高度转弯飞行制约在内的相关制约回路，涉及姿态制约、解耦制约、速度制约与位置制约等。探讨结果表明，无人旋翼机地面滑跑阶段，纵向对称面两侧受力不平衡，不平衡因素来自于旋翼拉力不对称，故提出了引入地面支反力作为反馈信号以保证起飞段姿态平稳的制约对策，避开侧倾及侧滑；在高度制约方面，桨盘俯仰操纵与发动机推力操纵组合制约实现对高度指令的跟踪，是无人旋翼机独特的操纵特性；在转弯飞行制约方面，当无人旋翼机受到外部扰动偏离预定航迹时，采取了基于侧偏速率和侧偏距离进行航迹修正的制约对策，达到了良好的航迹跟踪效果。再次，针对无人旋翼机数学模型复杂、非线性较强等特点，结合自适应制约、系统辨识等知识，运用虚拟参考反馈校正制约策略对无人旋翼机姿态制约回路前向通道制约器和反馈制约器进行设计。该策略避开了对复杂被控对象的建模历程，利用输入-输出实验观测数据，将制约器设计不足转化为代价函数的优化不足，以而可进一步运用辨识优化的策略推导求解制约器设计历程。此外，该策略还具有在线学习能力，可根据实时测得的输入-输出数据，对制约器参数矢量进行及时调整，以适应飞行制约的需要。然后，结合当前与今后一段时间无人旋翼机的进展方向，以提升无人旋翼机自主级别为指导思想，在状态反馈回路出现故障的情况下，运用测量输出重构系统状态量作为反馈信号，以保证飞行任务继续执行，致力于让无人旋翼机具有在线制约律重构能力。针对无人旋翼机系统中广泛有着的参数摄动不足，依赖于线性化无人旋翼机系统模型，考虑了系统参数摄动情况下的鲁棒非脆弱H∞制约律重构系统的求解不足，并充分考虑闭环系统的动态响应性，即极点配置不足，运用线性矩阵不等式（LMI）策略，给出不确定系统的H∞非脆弱制约律重构系统的求解策略。仿真试验结果表明，运用该策略设计的制约律重构系统，所重构的制约律能够使不确定系统鲁棒稳定，且能达到所要求的动态响应特性。最后，介绍了某无人旋翼机系统开发与研制历程，并详细介绍了飞行制约系统的组成结构及软/硬件设计历程。接着，为验证该无人旋翼机制约对策的有效性，利用地面半物理仿真平台进行仿真探讨，介绍了仿真平台组成结构与仿真原理，按照试飞要求进行仿真实验，验证了该仿真平台及制约对策的有效性。关键词：无人旋翼机论文无动力旋翼论文飞行制约论文地面支反力论文航迹侧偏修正论文虚拟参考反馈校正论文非脆弱制约论文鲁棒制约论文
本论文由www.808so.com摘要4-6
ABSTRACT6-11
图表清单11-13
常用符号注释表13-14
第一章 绪论14-29
1.1 探讨背景、目的及作用14-16
1.2 旋翼机进展历史与现况16-22
1.3 无人旋翼机飞行制约技术探讨现况22-25
1.4 无人机未来进展方向25-26
1.5 无人旋翼机飞行制约探讨面对的不足26-27
1.6 本论文章节内容及安排27-29
第二章 无人旋翼机数学建模及其制约机理浅析29-50
2.1 某无人旋翼机的结构29-30
2.2 无人旋翼机建模浅析30-32
2.2.1 坐标系选取及定义31-32
2.2.2 无人旋翼机数学建模假设32
2.3 无人旋翼机运动方程组32-42
2.3.1 旋翼建模33-39
2.3.1.1 无动力旋翼旋转机理浅析33-38
2.3.1.2 无动力旋翼建模38-39
2.3.2 推力系统建模39-40
2.3.3 全动垂尾（方向舵）建模40-41
2.3.4 机身建模41-42
2.4 非线性全量数学模型42
2.5 数学模型的线性化42-46
2.6 制约机理浅析46-49
2.6.1 纵向操纵响应性浅析46-47
2.6.2 横侧向操纵响应性浅析47-49
2.7 本章小结49-50
第三章 无人旋翼机飞行制约对策设计50-75
3.1 引言50-51
3.2 无人旋翼机自主滑跑起飞制约51-61
3.2.1 无人飞行器起飞制约近况51
3.2.2 无人旋翼机起飞方式及制约要点浅析51-52
3.2.3 无人旋翼机地面滑行受力浅析52-56
3.2.3.1 三轮着地滑行53-54
3.2.3.2 抬前轮滑行54-56
3.2.4 滑跑起飞近地约束浅析56-57
3.2.4.1 俯仰角约束56
3.2.4.2 滚转角约束56-57
3.2.5 起飞制约对策设计57-59
3.2.6 近地滑跑起飞试验59-61
3.3 无人旋翼机高度制约61-67
3.3.1 操纵桨盘迎角对飞行高度的影响62
3.3.2 操纵发动机推力对飞行高度的影响62-63
3.3.3 高度制约对策设计63
3.3.4 仿真与浅析63-67
3.4 无人旋翼机转弯飞行制约67-74
3.4.1 无人旋翼机转弯飞行受力浅析67-69
3.4.2 转弯飞行浅析69-70
3.4.3 航迹侧偏修正70-71
3.4.4 制约对策设计71-72
3.4.5 仿真与浅析72-74
3.5 本章小结74-75
第四章 基于虚拟参考反馈校正的无人旋翼机制约75-85
4.1 引言75-76
4.2 无人旋翼机姿态制约模型概述与浅析76-77
4.3 基于虚拟参考反馈的制约器设计77-80
4.4 制约器参数求解策略80-82
4.5 无人旋翼机纵向姿态制约器设计82-83
4.6 地面仿真实验与浅析83-84
4.7 本章小结84-85
第五章 基于鲁棒非脆弱的无人旋翼机制约85-102
5.1 引言85-86
5.2 无人旋翼机不确定性浅析86-87
5.2.1 无人旋翼机不确定性来源86-87
5.2.2 制约系统的脆弱性浅析87
5.3 具有极点约束的不确定系统动态滤波探讨87-95
5.3.1 不足描述88-89
5.3.2 需用引理89
5.3.3 动态滤波系统设计89-93
5.3.4 数值算例仿真验证与浅析93-95
5.4 基于滤波状态的不确定系统鲁棒非脆弱制约95-100
5.4.1 不足描述95-96
5.4.2 具有闭环极点约束的无人旋翼机状态滤波制约系统设计96-98
5.4.3 半物理仿真与浅析98-100
5.5 本章小结100-102
第六章 无人旋翼机系统的工程实现与综合测试102-112
6.1 无人旋翼机飞行制约系统组成结构102-103
6.2 无人旋翼机飞行制约方式103-104
6.3 无人旋翼机系统功能104-108
6.3.1 机载硬件配置与软件逻辑结构105-106
6.3.2 地面测控站设计106-108
6.4 综合测试与仿真试验108-111
6.4.1 仿真回路结构108-109
6.4.2 仿真结果与浅析109-111
6.5 本章小结111-112
第七章 总结与展望112-115
7.1 本论文工作总结与革新112-113
7.2 进一步工作与展望113-115
参考文献115-125
致谢125-126
在学期间的探讨成果及发表的学术论文126
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更新时间：2024-04-14
作者：用户投稿
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