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移动撞网是固定翼无人机在狭窄舰船上回收的有效方案之一。移动撞网回收要求无人机从任意位置、任意高度、任意航向都能返回到运动的舰船,并通过撞击有限尺寸的阻拦网实现定点回收。该技术要求动态导航和制导策略,要求高精度位置和高度控制。同时,舰船所处海面风和大气干扰严重,要求制导和控制系统具有一定的鲁棒性。本文针对舰载无人机,研究移动撞网回收的制导与控制技术,并进行飞行演示验证。主要工作和成果如下所述。 首先,建立了无人机的六自由度动力学数学模型,给出其气动力和气动力矩的计算公式;针对演示验证样机,用S-function将动力学数学模型转换成Matlab环境下的非线性仿真模型,进行了配平和线性化;并对基本气动特性和模态特性做了分析。 其次,设计了无人机撞网回收过程导航、制导与控制方案。根据撞网回收的精度要求和任务特点选择导航方式;将撞网回收过程划分成引导捕获段、螺旋下滑段、航向校准段、比例导引段四个飞行阶段,针对每个阶段的不同任务特点分别制定了制导和控制策略。 接着,针对撞网回收末端,给出基于比例导引的制导律和纵向、横侧向控制律。制导回路根据视线角速率信号给出法向过载指令;控制回路根据制导指令操纵升降舵和方向舵。文中深入研究了比例导引律设计的要点,为满足脱靶量,要求比例导引阶段控制能量最小,要求轨迹曲线趋于直线,视线角速率、法向/侧向过载趋于收敛。同时,进行了控制参数设计与控制律鲁棒性验证。 最后,对无人机撞网回收进行半物理仿真和试飞验证。搭建了半物理飞行仿真平台,对演示验证样机撞网回收过程完成了半物理飞行仿真;在此基础上进行了定点回收试飞试验,较为完整地验证了制导律、控制律和控制参数。 研究结果证明本文所制定的无人机撞网回收方案在工程上是切实可行的,为舰载无人机撞网回收奠定了研究基础,可提供技术支持和参考。