發(fā)布時間：2020-10-18 20:49

　　 無人直升機具有可垂直起降、可定點懸停和良好的低空低速性等優(yōu)點,在民用和國防領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。艦載無人直升機能夠?qū)崿F(xiàn)空間作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、戰(zhàn)地預(yù)警、情報偵察、探測攻擊等多項作戰(zhàn)任務(wù)。很多國家都加大對艦載無人直升機的研究力度,然而由于飛控、導(dǎo)引以及回收等技術(shù)的復(fù)雜性,艦載無人直升機的著艦技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。本文針對無人直升機下降著艦階段(從直升機到達甲板的正上方至最終成功著艦的階段)的飛行控制問題和甲板運動預(yù)估問題進行研究,為無人直升機的著艦技術(shù)研究提供理論參考。論文針對未來甲板運動信息難以獲得的問題,提出了一種基于自適應(yīng)自回歸(Auto Regressive,AR)模型的甲板運動預(yù)估算法,利用甲板運動歷史信息,預(yù)估未來運動信息,并通過數(shù)學(xué)仿真驗證其預(yù)估效果。仿真結(jié)果表明,基于自適應(yīng)AR甲板運動預(yù)估器的預(yù)估誤差很小,符合系統(tǒng)要求。將未來甲板運動信息通過前饋通道引入系統(tǒng)的控制輸入中,可提前對當(dāng)前系統(tǒng)的控制輸入進行指導(dǎo),從而消除系統(tǒng)的跟蹤滯后和跟蹤誤差,以達到甲板運動補償?shù)哪康�。論文針對無人直升機下降著艦階段的飛行控制問題,運用最優(yōu)預(yù)見控制方法,分別設(shè)計直升機縱向、橫向、航向、以及高度著艦控制器,各通道的控制器可分為狀態(tài)反饋控制模塊和前饋控制模塊,解決了直升機著艦基準軌跡跟蹤問題和甲板運動補償問題。將所設(shè)計的最優(yōu)預(yù)見控制器代入直升機數(shù)學(xué)模型進行仿真驗證,通過與傳統(tǒng)PID控制器的控制效果進行對比,突出了最優(yōu)預(yù)見控制對于系統(tǒng)動態(tài)基準軌跡跟蹤性能以及甲板運動補償性能的優(yōu)越性,但系統(tǒng)的抗干擾能力較差。論文針對存在的大氣紊流干擾,在最優(yōu)預(yù)見控制的基礎(chǔ)上,提出了一種魯棒預(yù)見控制方法,綜合解決了系統(tǒng)環(huán)境干擾抑制問題、基準軌跡跟蹤問題以及甲板運動補償問題�；诳v向、橫向、航向、以及高度通道分開設(shè)計的思想,運用所提出的魯棒預(yù)見控制方法,設(shè)計了無人直升機著艦控制系統(tǒng)。將所設(shè)計的各通道控制器代入直升機數(shù)學(xué)模型進行仿真驗證,與最優(yōu)預(yù)見控制器的控制效果進行對比。仿真結(jié)果表明,魯棒預(yù)見控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)基準軌跡跟蹤性能和較強的抗干擾能力。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V275.1;V249.1
【部分圖文】：

務(wù)載荷與飛行結(jié)構(gòu)單一，飛行控制系統(tǒng)簡單，懸停高度在 100m 以下；第二階段為 1950 年到 1970年，此時無人直升機的最大起飛質(zhì)量在 1000kg 以下，飛行速度可達 150Km/h，可完成視距內(nèi)遙控飛行；第三階段為 1980 年至今，此階段由于無人直升機的飛控技術(shù)發(fā)展迅速，可實現(xiàn)一定程度上的自主飛行，并且飛行速度增加百分之三十，續(xù)航時間延長。國外目前公開的無人艦載直升機主要有美國的“火力偵察兵”、俄羅斯的“卡-137”、以及奧地利維也納的“S100”、加拿大的 CL-227“哨兵”等[1]�！癝100”艦載無人直升機是由奧地利 Schiebel 公司研制的，作為一個小型可遙控可自主飛行的艦載無人直升機，因其體積輕巧，行蹤隱蔽、載荷較大等特點，被多次應(yīng)用于敵空戰(zhàn)區(qū)的情報偵察和戰(zhàn)區(qū)監(jiān)視任務(wù)。其先進的飛行控制技術(shù)、可垂直起降的飛行特點以及小巧玲瓏的結(jié)構(gòu)特征，尤其適用于沒有航空母艦的中小艦艇海軍部隊。RQ/MQ-8“火力偵察兵”欲被發(fā)展為美國海軍裝備無人直升機的主要機型，如圖 1.1 所示。該無人直升機于 2000 年 2 月開始研制，于 2006 年 6 月在艦上成功實現(xiàn)全自主起降。MQ-8B 型無人直升機的續(xù)航時間長達 4 小時，作戰(zhàn)半徑可達 20.4Km。該機所攜帶的光電、紅外掃描系統(tǒng)和激光測距儀，不僅可對目標進行搜尋和識別，還可對其進行重要性排序。此外，該無人直升機可攜帶一定數(shù)量的反坦克導(dǎo)彈，在完成目標攻擊后，可對其戰(zhàn)損情況進行評估。

圖 1.2 “卡”-137 無人直升機目前國內(nèi)公開的無人直升機型號有：“Z3”、“海鷗”、“LE110”、、“翠鳥”“U8”、“V750”“博翔”、“WD100”、“FH”、“翔鳥”等�！昂ｚt”號作為我國首架雙旋翼無人直升機，于 199年 9 首飛成功�！昂ｚt”號主要應(yīng)用于軍事情報偵察與戰(zhàn)場監(jiān)視，如圖 1.3 所示，質(zhì)量為 300kg其發(fā)動機功率可達 58.8kw。機上有飛行控制導(dǎo)航與制導(dǎo)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自主飛行和遙控飛行。由中航工業(yè)所研制的 U8 無人直升機于 2011 年試飛成功，這是我國技術(shù)相對較為成熟的一款無人直升機，其被廣泛應(yīng)用于交通疏導(dǎo)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、大氣監(jiān)測、森林防火等民用領(lǐng)域。

圖 1.2 “卡”-137 無人直升機目前國內(nèi)公開的無人直升機型號有：“Z3”、“海鷗”、“LE110”、、“翠鳥”“U8”、“V750”、“博翔”、“WD100”、“FH”、“翔鳥”等。“海鷗”號作為我國首架雙旋翼無人直升機，于 1993年 9 首飛成功�！昂ｚt”號主要應(yīng)用于軍事情報偵察與戰(zhàn)場監(jiān)視，如圖 1.3 所示，質(zhì)量為 300kg，其發(fā)動機功率可達 58.8kw。機上有飛行控制導(dǎo)航與制導(dǎo)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自主飛行和遙控飛行。由中航工業(yè)所研制的 U8 無人直升機于 2011 年試飛成功，這是我國技術(shù)相對較為成熟的一款無人直升機，其被廣泛應(yīng)用于交通疏導(dǎo)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、大氣監(jiān)測、森林防火等民用領(lǐng)域。
【參考文獻】

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本文編號：2846795