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1、无人机飞行控制系统仿真研究摘 要无人机广泛的应用价值、尤其是在军事上的重要性已经得到国内外的高度重视，而无人机飞行控制系统是无人机能够安全飞行的基本前提。本文以国家某高技术课题为研究背景，以某型无人机为研究对象，主要研究了基于经典PID 的无人机飞行控制律的设计问题。首先对对象特性进行建模，以长空无人机为例，将无人机机的运动抽象为六自由度刚体运动的 12 阶微分方程，并在此基础上对模型进行配平和线性化。其次介绍了 PID控制的基本思想和一些常用的PID 控制器参数整定法，作为飞行控制律设计的理论基础。再次，采用经典 PID 进行了纵向系统控制的设计，并针对不同空域的一些典型的状态点进行了大量的
2、仿真研究。仿真结果表明经典 PID在理想情况下是能满足系统要求的。关键词：无人机，经典 PID，飞行控制率，仿真名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -Research On Flight Control Simulation System of UA VABSTRACT Drone extensive application value,especially in military importance has been highly valued at home and abroad,and unmanned aerial vehicle flight co
3、ntrol system is the uav to the basic premise of flight safety.Based on a high state technical issue as the research background,taking a unmanned aerial vehicle for research object,mainly studies based on the classical PID unmanned aerial vehicle flying control law design problem.First,characteristic
4、 modeling of objects with drone,for example,will be across the uav machine movement abstracted as 6 dof rigid motion 12 order ordinary differential eq uation,and on this basis,the model is balancing and linearization.Secondly introduces the basic ideas and PID control of some commonly used PID contr
5、oller parameters setting method,as a flight control law design theory basis.Again,the conventional PID respectively the vertical system,the design of control system for different airspace some typical state point in a lot of simulation.Simulation results show that the classic PID ideally can fulfill
6、 system requirements.KEY WORDS:UAV，classic PID，flight control law，simulation名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -目录摘 要.IABSTRACT.II1 绪 论.1 1.1 无人机概述.1 1.2 无人机的特点.2 1.3 无人机的发展趋势.3 1.4 本文的研究背景及内容安排.4 2 无人机的数学模型.6 21 常用坐标系简介.6 2.1.1 地面坐标系.6 2.1.2 机体坐标系.6 2.1.3 速度坐标系（气流坐标系）.7 2.2 飞机的常用运动参数.7 2.2.1 姿态角.7
7、2.2.2 向量与机体坐标系的关系.8 2.2.3 飞机速度向量与机体坐标系的关系.8 2.2.4 控制量与被控量.8 2.3 前苏联体制下无人机的非线性运动方程组.8 2.3.1 无人机六自由度运动方程式的建立.8 2.3.2 无人机六自由度全面运动方程式的简化处理.10 2.4 无人机数学模型的配平及线性化.112.4.1 无人机平衡点的配平.112.4.2 无人机运动方程的线性化.12 3 控制系统理论基础.153.1 引言.153.2 常规 PID 控制.153.3 PID 控制器参数的常用整定方法.163.3.1 zieger-Niehols整定方法.17名师资料总结-精品资料欢迎下
8、载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -3.3.2 衰减曲线整定法.17 3.3.3 基于相角裕度的整定方法.18 4 无人机纵向系统控制律的设计与仿真.20 4.1 无人机飞控系统基本原理概述.20 4.1.1 飞控系统的硬件结构.20 4.1.2 飞控系统设计的基本思路.20 4.2 俯仰姿态保持/控制模态控制律的设计与仿真.22 4.2.1 俯仰角控制率的设计.23 4.2.2 俯仰角控制律的仿真.27 4.3 高度保持/控制模态控制律的设计与仿真.31 4.3.1 控制结构与控制策略.32 4.3.2 控制律的设计与仿真.33 结 论.37致谢.38 参考文献.39 附录 I.41 附录 II.42 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -