大柔性飛行器結(jié)構(gòu)建模與姿態(tài)控制研究.pdf

1、大柔性飛行器具有高空長航時飛行和執(zhí)行多種任務(wù)的能力，近年來受到廣泛的重視。大柔性飛行器結(jié)構(gòu)輕巧、展弦比大的特點導(dǎo)致機翼在常規(guī)飛行條件下也會產(chǎn)生大的結(jié)構(gòu)變形、氣動失速等現(xiàn)象，從而極大影響飛行器的飛行特性。這給飛行器的建模和飛行控制研究帶來挑戰(zhàn)。本文以大柔性飛行器為對象，針對此類飛行器的建模、運動特性分析、模型簡化以及姿態(tài)控制等問題展開研究。
　　本研究首先基于虛功原理推導(dǎo)了大柔性飛行器的動力學(xué)方程。采用常值應(yīng)變表達非線性梁結(jié)構(gòu)模型，

2、基于有限狀態(tài)非定常氣動力載荷理論計算氣動載荷，最后將六自由度剛體動力學(xué)方程、全機結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程以及氣動力模型耦合，獲得完整飛行器動力學(xué)方程。其次，根據(jù)系統(tǒng)特征根分布規(guī)律分析了大柔性飛行器的運動模態(tài)；采用基于常平均速度的狀態(tài)空間Newmark法分析了大柔性結(jié)構(gòu)機翼在受主動操縱和大氣擾動影響下的運動特性，并研究了柔性模塊耦合作用對飛行器橫側(cè)向穩(wěn)定性的影響。然后，研究了大柔性飛行器的模型降階問題。為便于控制器的設(shè)計，針對大柔性飛行器高階復(fù)雜模

3、型，分別運用平衡截斷法、平衡殘差法以及最優(yōu)Hankel范數(shù)近似法對系統(tǒng)進行了模型降階處理與比較。通過仿真對比得知對于本文研究對象，采用平衡殘差法所得的降階模型效果最好。最后，針對具有不確定性的大柔性飛行器，基于帶有觀測器的降階模型，設(shè)計了模型參考自適應(yīng)控制器。其中基線控制器為基于線性二次型調(diào)節(jié)器設(shè)計方法的比例積分姿態(tài)跟蹤控制器（稱為LQR-PI控制器）。仿真結(jié)果表明，基于降階模型設(shè)計的控制器可實現(xiàn)對原有高階模型的穩(wěn)定控制；在系統(tǒng)存在不確