【摘 要】
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近些年来,随着控制科学技术、传感器技术和微机电技术迅速发展,固定翼无人机趋向于小型化发展,固定翼无人机小型化有利于未来实现固定翼无人机的协同飞行,能够应用于更加复杂的任务场景。本文研究了小型固定翼无人机的飞行控制系统。首先设计了一种小型固定翼无人机,基于该无人机搭建了飞行控制软硬件平台,完成单架固定翼无人机的自主飞行控制律设计与飞行实验验证,以及多架固定翼无人机编队控制律设计与仿真实验验证。本文具
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近些年来,随着控制科学技术、传感器技术和微机电技术迅速发展,固定翼无人机趋向于小型化发展,固定翼无人机小型化有利于未来实现固定翼无人机的协同飞行,能够应用于更加复杂的任务场景。本文研究了小型固定翼无人机的飞行控制系统。首先设计了一种小型固定翼无人机,基于该无人机搭建了飞行控制软硬件平台,完成单架固定翼无人机的自主飞行控制律设计与飞行实验验证,以及多架固定翼无人机编队控制律设计与仿真实验验证。本文具体研究内容分为以下几个方面:首先,本文为了实现小型固定翼单机与多机编队飞行,设计了一种小型固定翼无人机外形,并根据性能要求,搭建出航电系统与发射回收装置。基于上述飞行控制系统硬件平台设计了飞行控制系统软件架构,将无人机的制导环与姿态环分层,分成上层控制结构与底层控制结构,上层控制利用嵌入式板卡RK3399实现,底层控制利用PIXHWAK实现。同时为了验证飞行控制算法,搭建了无人机仿真平台。其次,建立了无人机对应的纵向与横侧向的非线性动力学模型,研究了该种固定翼无人机弹射起飞、巡航和开伞降落的策略。根据动力学模型与飞行策略设计了单架无人机的飞行控制律,使用串级PID控制方法实现无人机的姿态控制,利用导航技术和PID控制方法实现制导控制。PID控制结构简单,在硬件平台中便于实现,能够快速验证无人机的飞行性能。最后,在上述飞行控制系统软硬件的平台基础上,对该小型固定翼无人机的编队算法进行了研究,利用模型参考自适应的方法设计了固定翼无人机自适应编队算法。该种控制方法是完全分布式的,只需要通信网络中的局部无人机信息并且不需要模型参数就可以实现无人机编队。通过数值仿真与无人机仿真平台,利用自适应编队控制方法能够很好实现固定翼无人机编队。
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