輪式無人機自主著陸控制技術研究.pdf

1、輪式無人機的飛行過程可以分成三個階段：地面滑跑起飛、空中飛行以及進場著陸。建立樣例無人機的數(shù)學模型時，考慮到三個階段的飛行過程中樣例無人機受力不盡相同，因此在建立其空中飛行段的全量數(shù)學模型的基礎上，建立了樣例無人機地面滑跑段的數(shù)學模型。為便于控制器的設計，對樣例無人機的全量數(shù)學模型進行配平線性化處理，結(jié)合已有的氣動數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等，對樣例無人機進行特性分析，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。
　　為確保樣例無人機

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

3、橫向模態(tài)特性分析的基礎上，分別對樣例無人機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)進行控制律的設計以及控制參數(shù)的選取。通過全數(shù)字仿真實驗對所設計的控制律進行驗證，仿真驗證結(jié)果表明設計的控制律能夠滿足樣例無人機自主著陸的要求。
　　精確的導航結(jié)果是實現(xiàn)無人機準確著陸的前提，本文綜合考慮飛行環(huán)境對導航傳感器的影響因素，在著陸段的

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