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Matlab/Simulink环境下无人机全过程飞行仿真技术研究

作　者: 王永林
导　师: 黄一敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无人机飞行控制全航程数字仿真风速扰动 Matlab Stateflow GUI
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 18次
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内容摘要

随着无人机军事需求的日益增多,无人机飞行控制应用技术的研究显得越来越重要。飞行控制技术研究的主要手段是仿真和试验,本文配合某型低速无人机飞行控制系统的研制工作,以Matlab为工具,对无人机飞行控制律和全过程飞行仿真技术进行了研究。论文首先给出了无人机全过程飞行仿真的总体结构,研究了实现仿真的技术现状。利用Stateflow强大的逻辑和图形化编程功能模拟了无人机的飞行管理器,实现了自主飞行和遥控飞行的功能;利用GUI用户图形界面建立了功能强大的人机界面,对Simulink中的仿真数据进行显示。其次,建立了无人机从发射到伞降回收的十二阶S-function非线性飞行动力学模型,并对其仿真算法进行了分析。研究了无人机纵向和横侧向导航制导律的工作原理和控制规律,在侧向导航控制中研究了航段转换准则和两种航段转换方法。研究了风速对无人机的发射稳定性影响,通过风速对无人机导航控制影响的分析,提出了减小侧风影响的控制策略,并推出一种计算平均水平风速的方法。最后,通过Matlab/Simulink实现了无人机全过程飞行的非线性仿真验证,分析了无人机在全航程飞行过程中的飞行数据/曲线,验证了本文研究内容的正确性。

全文目录

第一章绪论  12-17
  1.1 引言  12-13
  1.2 无人机飞行控制系统仿真试验  13-15
  1.3 研究背景  15-16
  1.4 本文的主要工作  16-17
第二章基于 MATLAB 飞行仿真的总体设计  17-27
  2.1 引言  17
  2.2 MATLAB/SIMULINK环境下的非线性仿真结构  17-18
  2.3 无人机六自由度非线性数学模型  18-19
  2.4 基于 STATEFLOW的多模态飞行控制  19-23
    2.4.1 飞行控制律  19-20
    2.4.2 Simulink 指令  20
    2.4.3 飞行管理系统  20-23
  2.5 仿真过程的人机界面  23-24
  2.6 仿真遥控指令  24-25
  2.7 小结  25-27
第三章无人机动力学建模  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 无人机的数学模型  27-38
    3.2.1 坐标系  27-28
    3.2.2 无人机动力学计算  28-31
    3.2.3 无人机空气动力参数的计算  31
    3.2.4 飞机质量的变化率  31-32
    3.2.5 发动机油门状态与推力  32
    3.2.6 发射起飞段时的无人机所受外力分析与计算  32-35
    3.2.7 插值算法  35-36
    3.2.8 无人机飞行控制仿真算法  36-38
  3.3 小结  38-39
第四章无人机飞行控制逻辑与控制规律  39-59
  4.1 引言  39
  4.2 自然飞机操纵力学特性  39-40
  4.3 飞行自动控制系统的组成  40-46
    4.3.1 某低速无人机飞行控制规律  41
    4.3.2 典型无人机控制系统回路组成  41-42
    4.3.3 俯仰与滚转姿态控制  42-43
    4.3.4 高度控制律  43-44
    4.3.5 航向控制  44
    4.3.6 侧向偏离控制  44-46
  4.4 自主导航与航迹控制  46-52
    4.4.1 侧向导航控制(LNAV)  47-52
    4.4.2 垂直导航控制(VNAV)  52
  4.5 无人机在风场中的飞行方式  52-58
    4.5.1 侧风扰动对航迹影响  53-55
    4.5.2 消除水平风引起的侧向偏离方案  55-57
    4.5.3 侧风计算  57-58
  4.6 小结  58-59
第五章全过程飞行仿真中的 STATEFLOW/GUI 技术  59-72
  5.1 引言  59
  5.2 STATEFLOW  59-68
    5.2.1 有限状态机原理  60
    5.2.2 Simulink 模型和Sateflow 状态机  60-61
    5.2.3 Sateflow 图的组成元素的功能  61-65
    5.2.4 Stateflow 在全航程飞行过程中的作用  65-68
  5.3 GUI 功能及在仿真中技术应用  68-71
  5.4 小结  71-72
第六章样例无人机的全过程飞行验证  72-85
  6.1 引言  72
  6.2 全过程飞行仿真验证  72-73
  6.3 无人机基本状态仿真响应图  73-82
    6.3.1 无人机发射仿真曲线图  73-74
    6.3.2 无人机爬升/下滑与平飞转换仿真曲线图  74-76
    6.3.3 航段转换仿真曲线图  76-82
  6.4 无人机发射时水平风的应对措施  82-84
  6.5 小结  84-85
第七章结束语  85-87
参考文献  87-90
致谢  90-91
在学期间发表论文  91

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