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《西北工业大学》 2007年
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无人机BTT控制技术研究

姚建国  
【摘要】:无人机已向着高性能、多用途的方向发展。本文提出了一种基于动态逆和变结构控制理论设计无人机BTT控制系统的方法,这种方法能够完成无人机高机动的飞行特性,而且在整个飞行包线内稳定飞行,有着较强的鲁棒性。 文中首先针对BTT无人机的飞行特点,基于简化并能有较高精度的原则,对BTT无人机的数学模型进行了推导。得到无人机BTT数学模型后,应用时间尺度理论将控制系统分为快变量和慢变量两个子系统。在快变量子系统中以转动角速度为子系统输出、以计算力矩为控制输入,再根据计算力矩解算出舵面偏转角;在慢变量子系统中以动力学角度为子系统输出、以转动角速度为控制输入;然后分别对两个子系统应用动态逆控制,动态逆控制虽然可以得到系统较好的动态特性,但鲁棒性能较差,为了使所设计的系统能够抗气动参数的不确定性,应用动态逆理论进行输入输出线性化后,再应用变结构控制提高系统的鲁棒性。在快变量回路变结构控制律的设计中,以计算力矩偏差为子系统摄动设计模型参考变结构控制律;在慢变量回路变结构控制律的设计中,以计算气动力偏差为子系统摄动设计模型参考变结构控制律,文中给出了各个控制器参数的选择原则。整个系统的设计中需要确定气动导数的上下界,控制律设计简单,易于工程实现。 最后对所设计的BTT无人机控制系统在某型无人机上进行三通道的联合仿真。考虑舵机的动态特性,在给定阶跃指令、方波指令和正弦指令的情况下,系统均能稳定的工作,而且满足BTT控制的性能指标,对于较大参数的摄动有较强的鲁棒性。因此得出,此方法设计的BTT无人机控制系统是有效的,为工程中的设计提供了一种新的参考方法。
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