● 摘要
无人驾驶飞机(UAV)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、有效地完成复杂战术/战略使命的基本前提，因此迫切需要加强该领域的研究工作。本文主要通过建立验证机的数学模型，利用遗传算法对验证机各个飞行阶段的PID控制律参数进行优化，来设计验证机纵向和横侧向控制律。不仅能够解决线性化的近似问题，而且对于不同的飞机型号，程序的修改也很容易和方便。首先，建立无人机非线性数学模型。在前苏联体制下，建立无人机六自由度十二阶非线性微分方程，并且利用四阶龙格一库塔法求解无人机的微分方程。其次，分析了验证机的飞行过程和自然特性，设计了纵向和横侧向各飞行阶段控制结构。 接着，通过VC++调用matlab遗传工具箱对验证机纵向和横侧向控制律参数进行优化，从而得到各飞行阶段的PID控制参数。然后，对所设计纵向和横侧向的控制律进行了综合，利用Simulink建立了验证机全面运动的控制模型，进行了验证机全面运动的仿真，着重采用蒙特卡洛法对验证机着陆过程进行了精度分析，并且实现了针对无人机控制律设计以及仿真的界面化。最合，利用非线性动态逆以及奇异摄动理论，提出并设计了基于滚转角和偏航角解耦的无人机着陆高安全性横侧向控制以及基于高度和俯仰角直接力控制解耦的无人机着陆纵向控制，仿真结果表明所设计的系统具有良好的控制性能及鲁棒性。