无人机滑跑线性化建模与增益调节纠偏控制

由于无人机的三轮滑跑阶段是整个飞行过程最容易出问题的环节,本文对前三点式无人机地面滑跑进行建模并研究了前轮转向纠偏控制方法。首先,分析了无人机三轮滑跑阶段的受力情况;考虑发动机扭矩、推力偏心及停机角对模型的影响,建立了无人机地面三轮滑跑非线性数学模型;然后,利用小扰动原理在合理简化的前提下将非线性模型线性化,分别推导了前轮转角为输入,偏航角速度、偏航角、侧偏距为输出的传递函数,设计了三回路增益调节前轮转向纠偏控制律;最后,通过滑跑试验进行了验证。试验结果表明:在初始航向偏差为3°,初始侧向位置偏差为0.2m的情况下,无人机由静止滑行至速度为32m/s过程中的最大侧偏距为0.3m,最大偏航角为4.5°,并且对不大于4.6m/s的侧风干扰有较好的抑制作用,对跑道路况、轮胎侧偏刚度及轮胎弹性等不确定因素的影响有较好的鲁棒性。该设计已成功应用于某无人机。

基于Simulink的无人机空中地面一体化建模方法研究

为了解决无人机起降阶段滑跑建模问题,提出了基于Simulink的无人机空中地面一体化建模框架和方法。通过气动作用力和地面作用力在力和力矩这一级的综合,实现了无人机六自由度空中、地面建模仿真的无缝衔接;利用Simulink模型线性化技术,得到滑跑线性化模型;还研究了停机状态的建模问题,实现了无人机空中飞行、地面滑跑、停机的全过程仿真。最终,基于某电动无人机给出仿真试验结果说明了该建模方法的有效性。

滑跑三维动力学建模与纠偏控制约束分析

作为固定翼无人机(UAV)轮式起降的关键环节,地面滑跑过程的安全性直接决定了起降阶段的成功率。模型准确性及纠偏控制方式对仿真结果的可信度至关重要,直接影响实际飞行安全。本文围绕前三点式起落架固定翼无人机地面滑跑过程的三维动力学与纠偏控制约束特性开展研究,首先,提出了轮胎摩擦力连续函数近似模型和基于速度的侧力分析方法,满足无人机滑跑全过程模拟与实时仿真测试需求;其次,充分考虑起落架三维效应,建立了相对准确的滑跑过程三维动力学模型;再次,以滑跑纠偏所需向心力为突破点,建立了滑跑纠偏约束分析方法,并以试验无人机为例,分析并建立了前轮和方向舵可控性边界;最后,通过仿真测试验证了所提模型和约束分析方法的准确性及可行性。