無人機飛行控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 18:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖41 俯仰角控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 圖中，在阻尼回路中還包括了一個洗出網(wǎng)絡(luò)，如果沒有這個洗出網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)操縱飛機做穩(wěn)態(tài)拉齊的機動飛行時，阻尼器輸出的穩(wěn)態(tài)就會成為阻礙因素，而使這種機動飛機難以完成。洗出網(wǎng)絡(luò)的作用就是在飛機穩(wěn)態(tài)拉起時或等高盤旋時（因此存在一個穩(wěn)態(tài)的分量），阻尼器信號除掉。 這樣。圖中，為給定的指令信號，為垂直陀螺所測得的俯仰角信號，為俯仰角速率陀螺所測得的俯仰角速率信號信。因此，其控制律可以表示成: (42)當(dāng)我們采用常規(guī)PID,控制結(jié)構(gòu)時 (43) 42 控制角控制系統(tǒng)控制律結(jié)構(gòu)圖 在實際工程中，微分環(huán)節(jié)通常用一個高通濾波器來實現(xiàn)，我們通過選擇適當(dāng)?shù)闹担涂梢垣@得相應(yīng)的相位超前信號。從頻率特性來看，高通網(wǎng)絡(luò)是一個阻低頻通高頻的網(wǎng)絡(luò)，同時它也是一個能提供相位超前的網(wǎng)絡(luò)，因此，我們就可以把高通濾波器看成是一個微分網(wǎng)絡(luò)。其中的值越大，相位超前也就越大，我們所獲得的信號也就越近似于微分信號。我們在后面的無人機縱向飛行控制律的仿真中，一律取。 另外，積分環(huán)節(jié)也可以根據(jù)其定義在軟件中計算實現(xiàn)，其中，可在軟件中根據(jù)CPU的計算頻率得到。由于積分是一個連續(xù)累加的過程，所以信號的積分值可能會達到一個很大的值，這會給系統(tǒng)帶來意想不到的結(jié)果。由于執(zhí)行機構(gòu)受限，當(dāng)積分值大到一定程度，使執(zhí)行機構(gòu)達到最大位置后，執(zhí)行機構(gòu)就不再變化了，而是一直停留在當(dāng)前的位置，即使系統(tǒng)輸出一直在變化，這樣反饋通道就被破壞了。另一方面，當(dāng)被積信號開始減小時，如果積分值很大的話，則需要花很長時間才能使其降到正常值，我們一般把這種現(xiàn)象稱之為積分飽和。通常有兩種方法可以有效的避免這種現(xiàn)象的發(fā)生:一種方法是當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)達到最大位置時積分停止，不再繼續(xù)累加。另一個可行的方法是限制積分的累加，當(dāng)積分值達到某一個值時就恒等于當(dāng)前值，即所謂的積分限幅。因此，當(dāng)我們采用常規(guī)PID控制策略時尤其要注意采取必要的措施防止積分飽和現(xiàn)象的發(fā)生。(2)控制律參數(shù)的選取 本章中，無人機的縱向運動都是通過升降舵來完成自動控制的，因此，我們可以將其縱向運動的自動控制系統(tǒng)看成是一個單通道，這樣就便于我們運用相關(guān)經(jīng)典控制的理論對系統(tǒng)進行分析和設(shè)計。 對于無人機的俯仰角控制系統(tǒng)而言，其控制律參數(shù)的選取包括兩部分:第一部分是阻尼回路(即內(nèi)回路)反饋增益的確定:第二部分便是俯仰角控制回路(即外回路)中PID參數(shù)的確定。一般來講，選擇這些參數(shù)主要有兩種方法:第一種方法是綜合考慮所有回路中的參數(shù)，一次選定。另一種方法則是從最內(nèi)層開始分部選取。本文中，我們將采用后一種方法,即先設(shè)計阻尼回路，確定參數(shù)，然后以此為基礎(chǔ)設(shè)計姿態(tài)角控制回路，進而確定PID參數(shù)的值。 下面，我們以某無人機在高高空某一狀態(tài)點E(H=17194m，V=)為例，說明無人機俯仰角控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的選取過程。已知該無人機在E點處的狀態(tài)方程和輸出方程可表示: ，式中 （44） 因此，并且有。于是，我們可以得到 （45） 從上式中我們可以看到，系統(tǒng)的特征方程中包含有一個正根?？梢?，為了增加該無人機的機動性，飛機的設(shè)計者將其設(shè)計成了靜不穩(wěn)定的，因此必須加入飛行自動控制系統(tǒng)才能保證飛機的穩(wěn)定飛行。另外，我們還可以看到，，可見，飛機自身的阻尼是很弱的。從這一個方面我們就可以看出，針對該高空弱阻尼無人機而言，加入角速率反饋回路是必須的。 圖43 俯仰角控制系統(tǒng)PID控制結(jié)構(gòu)圖（高高空E點） 圖中，表示升降舵回路傳遞函數(shù)，表示升降舵通道的洗出網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)上圖，我們就可以利用MATLAB提供的rlocus函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)阻尼回路的開環(huán)傳函畫出其根軌跡圖。其中根軌跡增益即為我們所要確定的阻尼回路參數(shù)。 (高高空E點) 由圖可知，一開始隨著的增大，阻尼回路中的一對共扼復(fù)根的振蕩阻尼得到了明顯的改善，(即圖中黑色小方塊所在位置)。此后，隨著的增加，阻尼比開始減小，自然頻率增高，最終將導(dǎo)致系統(tǒng)品質(zhì)顯著惡化。通過對根軌跡的分析，我們可以知道，并非越大阻尼效果就越顯著，只有當(dāng)在某一范圍內(nèi)時，這一條件才會成立。為此，我們選取，%。至此，無人機阻尼回路的參數(shù)設(shè)計完畢。 在本文中。值得注意
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