无人机轮式着陆若干关键技术研究

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随着国内航母战斗群的组建,对舰载无人机的需求日益迫切,而移动阻拦着陆是舰载无人机亟待解决的关键技术。本文以此为研究背景,并结合中航工业杯竞技组比赛任务要求,对无人机轮式移动阻拦着陆的制导与控制技术进行了研究。为了保证飞行安全,还研究了无人机无动力自主着陆技术。本文主要内容如下。  介绍样例无人机和飞行控制系统的组成。为开展控制律设计和飞行仿真,建立无人机六自由度动力学模型。为提高模型置信度满足高精度控制要求,应用气动参数辨识技术获取样例无人机部分关键气动参数。  在标称轨迹制导法的基础上,引入ALIGN导航系统,实时测量无人机和移动阻拦索的相对位置,动态平移标称轨迹,实现移动阻拦着陆。对基于ALIGN的导航信息的二次解算进行了详细描述(包括相对虚拟着陆点位置、高度信息的解算)。基于等下滑角的标称轨迹设计是自动下滑着陆段的关键,本文根据样机平衡状态考虑机体结构等约束条件确定下滑轨迹角。最后设计高度控制、速度控制和航迹控制,开展飞行试验,试飞数据的分析表明基于ALIGN系统的制导方案精度较高且稳定。  考虑到无人机移动阻拦着陆与导弹追踪运动目标的任务具有相似性,为满足大机动甲板着陆问题,本文基于比例导引法重新设计无人机移动阻拦着陆纵向末制导策略。为了避免将噪声较大的过载信号引入控制系统,纵向比例导引律的视线角速率指令直接解算升降舵舵偏。进一步开展空中模拟和真实着陆试验,验证制导方案可行性,并通过试飞数据分析了导引比、配平舵面对着陆轨迹的影响。  由于受到成本限制和维护能力约束,小型无人机动力系统失效概率较大,为了保证飞行安全,本文研究无人机无动力自主着陆的制导与控制技术。根据制导任务不同,将无动力着陆过程划分为能量管理段和自动着陆段。自动着陆段的任务是控制无人机安全水平着陆,其关键是无动力下的标称轨迹设计。能量管理段分成捕获段和螺旋下滑段,捕获段将无人机引导到跑道延长线上,螺旋下滑段通过调整螺旋下滑轨迹的半径实现能量的管理和控制。本文详细设计无动力螺旋下滑段的制导和控制技术,最后通过飞行试验验证其可行性。
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