无人机飞控系统控制律重构技术研究

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重构飞控系统能够根据预先设定的故障模式,自动地调节故障后系统的控制布局,利用剩余有效操纵面抵消故障操纵面的影响,从而可以保证飞机的稳定飞行或安全着陆,最大限度地执行设定的控制指令。它提高了飞行的安全性和生存能力,因此在国内外都得到了广泛的重视和研究。 文中对故障下的控制律重构技术进行了研究,并对两种重构方法进行了讨论和比较。具体内容包括: 1.论述了本文研究背景及意义和重构飞行控制系统的研究历史、现状,并对控制律重构方法进行了分类介绍,进一步讨论了重构控制技术的发展趋势和当今控制律重构技术的一些热点问题。 2.根据无人机的气动布局和气动数据建立了无人机的非线性和线性仿真模型。在满足飞行品质的条件下,利用经典的PID控制设计了无人机在给定状态点的纵向和横侧向控制律,为本文的控制律重构研究奠定了基础。 3.给出了飞控系统可重构的条件,根据无人机气动外形特点和已有数据,分离了操纵面并且使用独立的操纵面来控制无人机,提高了操纵面的控制冗余能力。给出了升降舵和方向舵发生松浮和卡死时的控制律重构方案。 4.研究了基于模型跟随法的控制律重构技术。首先介绍了模型跟随法的基本原理,设计了基于模型跟随法的重构控制律模型,并用matlab对所设计的模型跟随法在线性模型中进行了纵、横侧向的数字仿真,结果表明所设计的系统对参考模型的跟踪精度比较高。 5.针对模型跟随法的一些不足,给出了另一种重构的方法伪逆法。首先讨论了伪逆法的基本原理和存在条件,设计了基于伪逆法的各种典型故障下的控制混合器,并进行了数字仿真,说明了用伪逆法重构的可行性;其次对所设计的控制混合器进行了参数拉偏试验,检验了给定故障下的无人机重构后的鲁棒性,结果表明所设计的控制混合器具有一定的工程应用价值。
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