【摘 要】
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固定翼无人机因其续航能力强、巡航速度快、载重能力强等优点,在军用、商用以及民用领域都受到了极大的关注,而固定翼无人机中的飞翼式布局取消了尾部的垂尾与平尾,让无人机的整体构型更加的平滑,能够提供优越的隐身性能和良好的气动外形,从而使飞翼无人机成为了研究的热门领域。但同时,垂尾与平尾的取消,会导致无人机静稳定性不足,机翼部分舵面需要同时控制俯仰、偏航与滚转,给无人机的控制带来了难题。所以,本文针对飞翼
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固定翼无人机因其续航能力强、巡航速度快、载重能力强等优点,在军用、商用以及民用领域都受到了极大的关注,而固定翼无人机中的飞翼式布局取消了尾部的垂尾与平尾,让无人机的整体构型更加的平滑,能够提供优越的隐身性能和良好的气动外形,从而使飞翼无人机成为了研究的热门领域。但同时,垂尾与平尾的取消,会导致无人机静稳定性不足,机翼部分舵面需要同时控制俯仰、偏航与滚转,给无人机的控制带来了难题。所以,本文针对飞翼无人机的姿态控制问题和着陆控制问题进行了研究。具体地,主要进行了以下研究:首先,采用了滑模控制方法对无人机的姿态进行控制。先使用非奇异终端滑模方法设计了控制器,然后结合超螺旋算法,设计了一种自适应超螺旋非奇异快速终端滑模控制器,通过仿真验证,设计的超螺旋滑模控制器相比于终端滑模能够获得更加平滑的控制效果,并且抑制抖振能力有了明显提升。其次,针对无人机自主控制中的自主降落问题,设计了飞翼无人机的着陆控制系统。首先对整个着陆段进行分析,分成纵向和横向分别控制。在纵向上,采用了总能量控制系统对高度和速度进行了解耦控制,并结合总能量控制设计了着陆段中的下滑段和拉平段的控制律;在横侧向上,采用了L1制导算法进行控制。最后,结合姿态控制,设计了飞翼无人机的着陆控制系统。最后,搭建了半实物仿真平台,并对姿态控制算法和着陆控制系统进行了半实物仿真。首先,将姿态控制算法搭建在Simulink中,然后通过联合仿真,将算法写入Pixhawk控制板上。然后结合Gazebo仿真世界和QGround Control地面站进行了半实物可视化飞行仿真,结果表明本文设计的姿态控制算法具备一定的实用性,同时着陆控制系统能够控制无人机安全的降落。
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