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基于趋近律方法的平流层飞艇姿态控制研究

彭志  
【摘要】:平流层飞艇作为一种高空挂载平台,在高空对地观察、实时通信、灾情监控、军事打击、国土资源测绘等方面,相对其它挂载平台具有其独特的优势,近年来受到世界各国学者和科研机构的广泛关注。我国正积极开展对平流层飞艇的研究工作,并将高分辨率对地观测系统列为我国十二五期间十六个重大科研项目之一。在这种实际应用背景下,本文对平流层飞艇姿态控制进行了重点研究。 平流层飞艇作为一种飞行高度高、体积庞大、质量大、续航时间长、移动速度慢的高空挂载平台,其控制特点与其它飞行挂载平台不尽相同。本文对平流层飞艇姿态控制进行了深入研究,并取得了理想的研究成果,文章的主要内容如下: (1)对平流飞艇进行了数学建模。论文对飞艇进行了受力分析,包括浮力、重力、空气动力、流体惯性力,并对飞艇所受力矩进行了分析,然后根据物理学原理及飞艇自身结构参数之间的关系,建立飞艇的六自由度非线性数学模型。根据飞艇自身结构特点,将模型方程分解为横侧向和纵向两组,并运用小扰动法对飞艇六自由度非线性数学模型进行了线性化。 (2)对趋近律理论进行了论述,并讨论了一种新形式的趋近律。论文对变结构控制进行了原理介绍,对滑模变结构控制的到达条件、动态品质、变结构控制的不变性和鲁棒性进行了证明和讨论。对变结构控制中抖振产生的原因、危害及抖振的削弱方法进行了讨论。论文着重介绍了几种常用的趋近律,并比较了它们的优缺点。在此基础上,论文引用了一种新形式的趋近律,并对趋近律的到达条件进行了证明。 (3)对控制器进行了设计并进行飞艇姿态控制仿真。论文运用matlab仿真软件对飞艇数学模型进行了验证,得到了飞艇验证仿真图形,证明飞艇在不受外界控制下,其系统是不可控的。论文采用趋近律方法对控制器进行了设计,并进行了飞艇姿态控制仿真,将新形式趋近律与一般形式的趋近律进行了对比仿真分析。仿真结果表明:在飞艇姿态控制中,新形式趋近律较一般趋近律具有更好的抗抖振能力。


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