文档介绍：南京航空航天大学硕士学位论文
中图分类号: 论文编号:1028715 11-0010
学科分类号:081105
硕士学位论文
小型无人驾驶飞行器
自主飞行控制研究
研究生姓名史颉华
学科、专业导航、制导与控制
研究方向飞行控制技术
指导教师陆宇平教授
南京航空航天大学
研究生院航天学院
二О一二年六月
小型无人驾驶飞行器自主飞行控制研究
II
南京航空航天大学硕士学位论文
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School College of Astronautics
Study on Small Unmanned Aerial Vehicle
Autonomous flight control
A Thesis in
Guidance,Navigation and Control
by
Shi Jiehua
Advised by
Yuping
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
June, 2012
小型无人驾驶飞行器自主飞行控制研究
II
南京航空航天大学硕士学位论文
承诺书
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作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
无人驾驶飞行器是一种由无线电遥控设备或者自身程序控制装置操纵的飞行器。由于无人
驾驶飞行器在飞行过程中不需要考虑驾驶员的生理、心理承受极限,且生产成本较低,便于维
护。因此,目前无人驾驶飞行器已经成为世界各国航空界的发展重点。随着世界各国科技实力
的进步,无人驾驶飞行器目前所能执行的任务种类越来越多,无人驾驶飞行器目前正在向智能
化、集成化的方向发展。
本文首先从系统的观点对无人驾驶飞行器自主飞行控制技术进行了分析,并结合南京航空
航天大学某小型无人驾驶飞行器实际任务的需要,设计了不同的控制律,进行仿真验证。研究
的主要内容包括:
1. 系统等级划分:从飞行任务的角度出发,对无人驾驶飞行器自主飞行进行了等级划分,
分成了 5 个不同的飞行等级,针对每个不同的等级给出定义;
2. 总结了国内外已知的无人驾驶飞行器自主飞行控制系统的有关情况,并针对已有的情
况,预计了该研究方向未来的发展方向和技术特点,并利用 Petri 网理论建立了任务管
理系统模型;
3. 介绍了一种分内外环控制结构:外环是位置控制,内环是姿态控制。基于该结构,先将
双预测 PI 控制方法同时用于位置和姿态的控制,接着对外环设计了三预测 PI 控制器。
4. 讨论了在考虑传感器测量噪声的情况下线性扩张状态观测器的设计问题,把它用于估
计无人机的速度和内外扰动,再把基于该观测器的自抗扰控制用于位置的控制。
本文使用 MATLAB/SIMULINK 进行了仿真,结果表明设计的控制律能很好应对无人机质量变
化、风的干扰、执行机构时滞,轨迹跟踪效果良好,提出的扩张观测器结构能准确估计速度和
干扰,同时有效地抑制测量噪声。本文在解决无人驾驶飞行器质量变化、风的干扰、执行机构
时滞等问题的同时,控制器结构没有变得很复杂,参数调节也比较容易。
关键词:无人驾驶飞行器;自主飞行控制;双预测 PI 控制,三预测 PI 控制;扩张状态观测器
V
小型无人驾驶飞行器自主飞行控制研究
ABSTRACT
Unmanned aerial vehicle (UAV) is a kind of vehicle, which can be controlled by a remote
controller. Many