无人机自主着陆高度控制系统的研究.pptxVIP

无人机自主着陆高度控制系统设计研究 目录 第一部分 研究背景 第二部分 自主控制 第三部分 系统设计 第四部分 总结与展望 B 1.1 无人机的起源 1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶“飞行者1号”成功飞行，实现了人类的飞天梦想，起始了人类的航空史。飞机的发展主要实现了两个跨越：一是就飞行动力和速度而言，飞机从过去的以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代，发展到当前的主要以喷气式发动机为动力的超音速时代；二是就飞行驾驶而言,从过去的有人驾驶,发展到当前的自动驾驶和无人驾驶。未来将是无人驾驶飞机的时代。鉴于其独有的低成本、低损耗、零伤亡、可重复使用和高机动等诸多优势,其使用范围已拓宽到军事、民用和科学研究三大领域。 B C 1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶“飞行者1号”成功飞行 1.1 无人机的起源 1917年生产的凯特灵空中鱼雷号,拥有可拆卸机翼，并且可以巧妙地从装有滚轮的手推车起飞 1935年生产的蜂王号，在此之前的空中飞行器飞不回起飞点，蜂王号的发明，使得无人机能够回到起飞点，使得这项技术更具有实际价值 B D 1.2 人机关系的三个阶段 信息 决策 控制 信息 决策 控制 复杂决策 信息 决策 控制 机 人（在机） 机（相对简单） 机 机 机（复杂） 人在环 在有人驾驶飞行器情况下,人在控制环节中起主导作用,一切决策问题均由人来完成 在无人机自主控制的初级阶段,人不在机但在环,仅参与复杂决策 在无人机自主控制的高级阶段,人不在机也不在环,即人不参与控制也不参与决策,只是在适时的时候参与监控 机 机 机 B C D 2.1 自主控制 具有自主性或自主能力的控制过程都可以称作自主控制, 由于缺乏人为直接的控制决策,其含义强调“无外界控制干涉”,以及“自我控制决策”, 从这个意义上讲,自主控制可以看成是自动控制的高级发展阶段。 如果从智能程度上看常规的自动控制和自主控制,二者的区别在于常规的自动控制是基于数据驱动的,几乎不具有智能，而自主控制的产生则是信息,甚至是知识驱动的,可以具有很高程度的智能。或者说,自动控制是基于对模型和环境确定性的认识和估计而事先设计和安排好的，并且对控制对象的建模己基本确定。自主控制则具有在线模型辨识,自主决策,自我调节、恢复等能力,当环境和模型发生变化时,它能够在线调整控制率以便达到我们的要求。 B D 2.2 自主控制的结构 人机接口 环境感知 知识基组织器 分配器 协调器 协调器 硬件控制器 硬件控制器 UAV 组织级 最高决策 协调级 控制管理 执行级 执行器 智能递增 精度递增 分层递阶控制结构框图 B C D 3.1 无人机的四种回收方式 1.伞降回收：无人机上带有降落伞,它按照预定程序或在遥控指挥下到达回收区上空,然后自动开伞或根据遥控指令开伞,降落在陆地上或水面上。 2.空中回收：其开伞的程序与伞降回收方式相同,当无人机打开降落伞在空中飘落时,用直升机等回收母机在空中将无人机回收,然后携带回场着陆。 B C D 3.1 无人机的四种回收方式 3.拦阻回收：无人机在地面无线电遥控下,降低高度,减小速度,对着拦阻网飞去。拦阻网由弹性材料编织而成,网的两端还连接有能量吸收器。无人机撞入网中后,速度很快减为零。 4.着陆回收：一种是地面操纵人员目视远方逐渐下降高度的无人机,通过遥控装置控制无人机的飞行姿态,直至无人机接地。另一种是无人机按照预先设定好的航迹,自主完成下滑、拉平、着陆的整个过程。 B C 3.2 无人机着陆过程 无人机的典型着陆过程 无人机进场着陆轨迹图 B C D 3.3 末端拉平轨迹设计 合理的拉平轨迹设计可将无人机的下滑垂直速度减小到允许的着地速度范围。它基于飞机瞬时下降速度与高度成比例的思想，在理想情况下，当飞机下降速度为零时，高度 也应该等于零，即： （1） 由上述微分方程，可得 （2） 式中， 为开始拉平时的高度， 为时间常数。式（2）意味着在时间t趋于无穷时高度为零。假设飞机的允许接地速度为 。则式（2）可以进一步写为： （3） 由上述微分方程，可得 （4） B C D 3.3 末端拉平轨迹设计 令 ，则拉平时间 为： （5） 在拉平过程中假设无人机的速度为常数，为避免拉平距离 无限长，可假设跑平面高出拉平轨迹渐近线 的距离，则： （6） 式中， 表示预设的着地速度。进一步可得到拉平距离为： （7） 本次设计的无人机下滑初始速度为20m/s，下滑初始高度为50m，