【摘 要】
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平流层飞艇可以携带大载荷,实现长时间定点悬停,因此可以作为近空间的观测平台,具有较高的军事和民用价值。平流层定点悬停的控制问题是实现观测平台的搭建的前提,因此本文针
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平流层飞艇可以携带大载荷,实现长时间定点悬停,因此可以作为近空间的观测平台,具有较高的军事和民用价值。平流层定点悬停的控制问题是实现观测平台的搭建的前提,因此本文针对平流层飞艇纵向位置控制策略进行了设计,主要的研究内容如下:(1)平流层飞艇六自由度完整非线性模型的建立根据定点悬停状态下的特点,进行了一定的合理假设和简化,分析了平流层飞艇所受的外力和力矩,基于牛顿第二定律和动量、动量矩定理等原则建立了平流层飞艇六自由度完整非线性模型,为后续章节中的控制律设计奠定了数学基础。(2)平流层飞艇PID定点悬停控制律设计及分析针对平流层飞艇的纵向运动状态方程,利用推力模型特点,将其作为抵制风干扰的手段,从而采用先调节垂向位置再调节前向位置的控制思想进行定点悬停控制。其中垂向通道内采用内环调节姿态稳定,外环保证垂向位置回归期望位置的双回路PID控制方法。将热环境变化引起的飞艇质量变化及飞艇柔性变形考虑为不确定性影响引入模型中,验证PID方法对模型不确定部分的抑制效果。(3)平流层飞艇变结构控制定点悬停控制律设计及分析采用输出解耦变结构控制方法,此方法当系统进入滑动平面时,可以实现垂向位移和前向位移输出解耦,因此可以利用平流层飞艇的纵向运动状态方程,同时控制垂向、前向通道,抑制常值风干扰的影响。再利用变结构控制系统进入滑动模态后,系统状态与系统的不确定性以及其它未知因素无关的特点,抑制模型中的不确定部分。
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