小型无人机飞行控制系统重构设计

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小型无人机具有低价、体积小、重量轻、飞行损耗小等特点,在侦查、巡逻、救援等军民用方面具有广阔的应用空间。飞行控制系统的稳定性和安全性是无人机在各个领域应用的保障,飞行容错控制技术能够增强无人机故障后飞行的安全性和稳定性,因此飞行容错控制技术成为当前研究热点。本论文以小型无人机应用为背景,研究小型无人机飞行控制重构技术,重点研究重构控制系统的实用性和实时性。小型无人机一般采用单余度设计,飞行控制故障后重构控制只能根据系统解析冗余进行设计,传统辨识方法复杂而且往往不能满足无人机重构控制的实时性。本文采用多个线性模型描述由于故障多样性引起的无人机非线性动态特性,采用基于线性模型的方法离线重构控制器参数,实际飞行中在线自适应选择控制律,并针对存在大扰动的重构过程设计了动态补偿方案,保证无人机在故障发生后重构完成前的过渡过程的安全性。论文的主要工作及成果包括:1、对无人机控制系统进行分析建模,搭建了Matlab环境下的仿真模型,为控制系统性能验证提供了平台。2、分析无人机控制系统的故障类型,研究了故障后无人机可重构性及重构策略。3、无人机控制系统重构对实时性和实用性要求比较高,本文提出了改进的多模型自适应重构控制方法。该方法针对传统方法的不足,用多个简单的线性模型描述由不同故障引起的飞行控制系统的复杂非线性动态,系统重构后满足稳定性和安全性要求。4、提出了一种改进的多模型自适应重构控制方法,仿真实验表明该方法能够满足飞行控制系统的安全性和可靠性要求。
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