平流層飛艇是一種輕于空氣、依靠浮力駐空并具有自主飛行能力的臨近空間低動(dòng)態(tài)浮空器。它具有滯空時(shí)間長(zhǎng)、安全性高、經(jīng)濟(jì)性好、節(jié)能且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在中繼通訊、交通監(jiān)測(cè)、軍事偵察等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。本文在平流層飛艇動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,研究其飛行運(yùn)動(dòng)控制,具體工作內(nèi)容如下:首先,為實(shí)現(xiàn)平流層飛艇的高度調(diào)整,研究了調(diào)節(jié)升降舵改變高度的控制策略。構(gòu)造了能使高度偏差收斂的飛艇俯仰角跟蹤方程,將平流層飛艇的高度控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為其俯仰角的跟蹤控制問(wèn)題。根據(jù)飛艇小擾動(dòng)線性化后的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)其俯仰角線性自抗擾控制器,基于極點(diǎn)配置原理,調(diào)節(jié)控制律參數(shù),調(diào)整升降舵以保證跟蹤期望俯仰角指令,并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在控制作用下,飛艇俯仰角發(fā)生改變實(shí)現(xiàn)其高度變化并達(dá)至預(yù)期高度,解決了欠驅(qū)動(dòng)平流層飛艇高度控制問(wèn)題。然后,研究了平流層飛艇水平面內(nèi)三自由度航跡跟蹤問(wèn)題。根據(jù)飛艇拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)反步滑模控制器,削弱了滑模抖動(dòng)問(wèn)題,保證了飛艇能夠漸近跟蹤指定的軌跡且提高跟蹤精度。應(yīng)用Lyapunov函數(shù)證明了航跡跟蹤控制能實(shí)現(xiàn)全局漸近穩(wěn)定。數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了存在模型參數(shù)不確定性和外部干擾的情況下,飛艇能... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＨＡＬＥ－Ｄ飛艇①?圖１．２?ＬＥＭＶ飛艇②??

號(hào)（ＺＹ－１）”飛艇不負(fù)眾望的完成了首飛測(cè)試。該飛艇長(zhǎng)２５ｍ，氣囊容積７５０ｍ３，??最大飛行高度８００ｍ，最大可飛行風(fēng)速８ｍ／ｓ，最大抗風(fēng)能力１２ｍ／ｓ，滯空時(shí)間長(zhǎng)??達(dá)４ｈ，如圖１．７。ＺＹ－１飛艇的飛行測(cè)試驗(yàn)證了臨近空間飛艇在制造、導(dǎo)航控制等??方面的重要技術(shù)。２０１５年９月，上海交通大學(xué)在新疆馬蘭進(jìn)行了一次低速臨近??空間飛行測(cè)試，本次飛行器試飛時(shí)長(zhǎng)達(dá)２ｈ，其飛行已進(jìn)入海拔１９．３ｋｍ的臨近空??間。通過(guò)此次飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)形式，飛行器構(gòu)型和非常規(guī)形態(tài)升空及返??回方式的可行性。??圖１．７?“致遠(yuǎn)一號(hào)”飛艇①?圖１．８?“圓夢(mèng)號(hào)”飛艇②??２０１５年１０月，一艘名為“圓夢(mèng)號(hào)”臨近空間飛艇在錫林浩特市成功完成了??飛行試驗(yàn)。該飛艇是北京南江空天公司聯(lián)合北京航空航天大學(xué)經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)日夜的??①圖片來(lái)源：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ＿ａｅｒｏｓｐａｃｅｓｔ．ｃｏｍ／？ｐ＝９３＿??？圖片來(lái)源：趙達(dá)，劉東旭，孫康文，ｅｔ?ａｌ．平流層飛艇研制現(xiàn)狀、技術(shù)難點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)［Ｊ］．航空??學(xué)報(bào)，２０１６，?３７（１）：４５?－?５６．??－５－??

圖２．４地面坐標(biāo)系與艇體坐標(biāo)系間的關(guān)系??地面坐標(biāo)系選取在地面某點(diǎn)位置，根據(jù)基坐標(biāo)變換理論，可依次旋轉(zhuǎn)三個(gè)??角度獲得飛艇在空間的姿態(tài)，如圖２．４，具體為先繞ａｊ軸方向旋轉(zhuǎn)分角，軸??與０％軸分別轉(zhuǎn)到軸與ｃｙ軸形成，然后繞Ｏｙ軸方向旋轉(zhuǎn)角，軸??與〇２ｅ軸分別轉(zhuǎn)到Ｏｒ軸與軸形成０：＾７，最后繞Ｏｒ軸方向旋轉(zhuǎn)＾角，０？／軸??與０？軸分別轉(zhuǎn)到軸與Ｏｓ軸形成Ｏｒｙ２，表述如下。??０ｘｅｙｅｚｅ?尺：（叻）＞?０ｘ＇ｙ＇ｚｅ?．？（）＞?Ｏｘｙ＇ｚ＇?Ｏｘｙｚ??通過(guò)上述旋轉(zhuǎn)變換，可以獲得方向余弦矩陣（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?Ｃｏｓｉｎｅ?Ｍａ？??ｔｒｉｘ，?ＤＣＭ），?可以?由下式給出：??Ｒｅｂ?＝?Ｒｘ（４＞）Ｒｙ（９）Ｒｚ（ｉｐ）??ｃｏｓ?８?ｃｏｓ?－０?ｃｏｓ?６?ｓｉｎ?ｘ／ｊ?—?ｓｉｎ?８??＝?ｓｉｎ?０?ｃｏｓ?ｘ＾ｓｍｃｊ）?—?ｓｉｎ?ｃｏｓ?（ｊ）?ｓｉｎ?９?ｓｉｎ?ｉｐ?ｓｉｎ?（ｊ＞?＋?ｃｏｓ?ｘｐ?ｃｏｓ?＜ｊ＞?ｃｏｓ?６?ｓｉｎ?（ｆ＞??ｓｉｎ?６?ｃｏｓ?－０?ｃｏｓ?（ｊ）?＋?ｓｉｎ?＾?ｓｉｎ?（／）?ｓｉｎ?８?ｓｉｎ?ｉｐ?ｃｏｓ?（ｊ）?—?ｃｏｓ?＾?ｓｉｎ?ｃｊ）?ｃｏｓ?６?ｃｏｓ?（ｊ）??（２．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]平流層飛艇動(dòng)力學(xué)建模與控制方法研究[D]. 楊躍能.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
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碩士論文
[1]無(wú)人飛艇飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D]. 陳慧.中國(guó)科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心） 2008
[2]近空間飛艇飛行運(yùn)動(dòng)建模與控制研究[D]. 高明.南京航空航天大學(xué) 2008



本文編號(hào)：2915415