無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-06-28 18:51本頁(yè)面
【正文】 高度控制系統(tǒng)原理框圖這樣，整個(gè)無(wú)人機(jī)俯高度控制系統(tǒng)的控制律的結(jié)構(gòu)就如圖412所示。圖中，為給定的高度偏差指令，為高度傳感器所測(cè)得的高度偏差信號(hào)。另外，俯仰內(nèi)回路中各符號(hào)的具體含義均與上一節(jié)中的一致，這里不再贅述。 圖412 高度控制系統(tǒng)控制律結(jié)構(gòu)圖 對(duì)于高度控制回路而言，高度偏差信號(hào)和高度變化率的反饋，可以滿(mǎn)足在一個(gè)飛行狀態(tài)高度階躍響應(yīng)的要求，然而考慮到無(wú)人機(jī)在整個(gè)包線范圍內(nèi)不同的平衡狀態(tài)變化，我們還需要加一個(gè)積分環(huán)節(jié)，以保證無(wú)人機(jī)的無(wú)靜差飛行。這樣，無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)的控制律就可以表示成:當(dāng)我們采用常規(guī)PID控制結(jié)構(gòu)時(shí): 這里，我們還要特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，在高度控制系統(tǒng)中，相對(duì)于給定高俯仰角的偏離信號(hào)反饋是至關(guān)重要的。若控制中沒(méi)有俯仰角的偏離信號(hào)，則在高度穩(wěn)定過(guò)程中舵總是向上偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致升力增量總為正，軌跡總是向上彎曲。當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)給定高度時(shí)，由于速度向量不在水平位置而超越給定高度，出現(xiàn)正的高度差，到了這時(shí)舵機(jī)向下偏轉(zhuǎn)，這樣就不可避免地出現(xiàn)在給定高度線上的振蕩運(yùn)動(dòng)。當(dāng)引入俯仰角偏離信號(hào)后，無(wú)人機(jī)在未達(dá)到給定高度時(shí)就提前收回舵面，減小了它的上升率，從而對(duì)高度的振蕩起了一定的阻尼作用。 在實(shí)際系統(tǒng)中，我們通常還需要加入俯仰角指令限幅器。另外，在實(shí)際測(cè)量高度差信號(hào)時(shí)，高度傳感器存在著大氣干擾或地形干擾。這些干擾對(duì)伺服回路的工作狀態(tài)有著惡劣的影響。因此我們有必要在高度控制回路中設(shè)置高度濾波器。 最后，我們要特別說(shuō)明的一點(diǎn)是，當(dāng)無(wú)人機(jī)在作縱向機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，應(yīng)該把定高系統(tǒng)斷開(kāi)，否則會(huì)影響到它的縱向機(jī)動(dòng)能力。 在設(shè)計(jì)基于PIO控制的無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)時(shí)，我們通常只需保持原來(lái)所設(shè)計(jì)的俯仰姿態(tài)回路不變，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)基于PID控制的高度保持/控制外回路就可以了。:(己知輸入的高度指令階躍信號(hào)為50m) 圖413 基于PID的高度控制系統(tǒng)仿真框圖 如前文所述，我們?nèi)砸灾锌蘸透呖沼蛑械臓顟B(tài)點(diǎn)A和C作為基準(zhǔn)狀態(tài)點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了基于常規(guī)PID和智能PID的高度控制器。然后將所設(shè)計(jì)好的控制器分別用于A點(diǎn)附近的B點(diǎn)和C點(diǎn)附近的D點(diǎn)。全部仿真結(jié)果分別如下所示:圖414 PID控制下高度階躍響應(yīng)（A點(diǎn)） 圖415 PID控制下高度階躍響應(yīng)（B點(diǎn)）圖416 PID控制下高度階躍響應(yīng)（C點(diǎn)）圖417 PID控制下高度階躍響應(yīng)（D點(diǎn)）總結(jié) 本文以無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象，主要研究了其飛控系統(tǒng)控制律的設(shè)計(jì)問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)了基于常規(guī)PID控制和智能PID控制策略的飛行控制律，并進(jìn)行了大量的仿研究。仿真結(jié)果表明:基于經(jīng)典PID控制律結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)需要反復(fù)選擇大量的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要借助于大量的直觀的經(jīng)驗(yàn)，按照閉環(huán)回路來(lái)依次選擇控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。本人的研究工作主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(l)深入研究了經(jīng)典PID控制的基本思想和方法。探討了經(jīng)典PID控制的特點(diǎn)，研究了PID控制策略的特點(diǎn)和控制律設(shè)計(jì)方法。(2)深入研究了無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的基本工作原理、無(wú)人機(jī)縱向系統(tǒng)下各基本飛行模態(tài)的基本結(jié)構(gòu)和作用以及飛控系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì)的一般方法。(3)采用常規(guī)PID控制方法完成了無(wú)人機(jī)縱向通道中俯仰角控制模態(tài)和高度保持模態(tài)控制律的設(shè)計(jì)，并以大量的仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制律的有效性。（2）本文目前所做的仿真工作大部分是在線性模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的，下一步工作是考慮各種諸如水平風(fēng)、垂風(fēng)、傳感器噪聲等因素的干擾，進(jìn)行非線性模型的仿真，而進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制律的有效性。參 考 文 獻(xiàn)1 ，：國(guó)防工業(yè)出版社，19842 申安玉，申學(xué)仁，：國(guó)防工業(yè)出版社，20033 ，：國(guó)防工業(yè)出版社，19944 —MATLAB諳言應(yīng)用，：清華大學(xué)出版 附錄Ⅱ 無(wú)人機(jī)縱向各狀態(tài)點(diǎn)處運(yùn)動(dòng)線性化方程已知無(wú)人機(jī)的狀態(tài)方程的表達(dá)式為：則對(duì)于縱向運(yùn)動(dòng)而言，中空A點(diǎn)處：（H=4722m，V=）A= 中空B點(diǎn)處：（H=3644m，V=） 高空C點(diǎn)處（H=12249m，V=） 高空D點(diǎn)處（H=12127m，V=） 高高空E點(diǎn)處（H=17195m，V=） 高高空F點(diǎn)處（H=17505m，V=）
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