无人机纵向自动控制毕业设计

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1、- 1 - 第一章第一章 绪论绪论 无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的 程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶 仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达 等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电 遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到 空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着 陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于 空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。 无人机技术是一项涉及多个技术领域的综合技术，它对通信、传 感器、人工智能和发动机技术有比较高

2、的要求。如果在恶劣环境下作 战，它还需要有比较好的隐身能力。无人机与所需的控制、拖运、储 存、发射、回收、信息接收处理装置统称为无人机系统。 无人机种类很多，不同的无人机可以完成不同的特殊任务。军用 无人机的主要用途包括： 战术侦察和地域监视、 目标定位和火炮校射、 电子侦察和电子干扰、通信中继转发、靶机和实施攻击等。与有人飞 机相比，无人机具有多种优势： 1、由于机上没有驾驶员，因此可省去驾驶舱及有关的环控及安全 救生设备，从而降低飞机的重量和成本。 2、 无人机在作战时不会危及飞行员， 更适于执行危险性高的任务。 3、由于机上没有驾驶员，飞机可以适应更激烈的机动和更加恶劣 的飞行环境，留空

3、时间也不会受到人所固有的生理限制。 4、在使用维护方面，无人机比较简单，而且费用低，操纵员只需 在地面进行训练，无需上天飞行。 无人机从产生到现在已有多年，早在 70 年代西方就产生用无人机 进行对地攻击和格斗空战的构想，在美国还进行了大量飞行试验，但 是由于技术上的难度，使这些构想无法实现。 无人机存在的致命弱点主要有两个：一是自主作战能力差，由于 无人机执行任务时需要有人参与遥控，其自主作战能力有限，因而缺 乏有人飞机所具有的灵活性和适应能力。二是完成任务的有效性低， 由于控制人员对无人机所处环境的了解必须借助远距离通信，而这种 远距离通信又随时会被压制而中断，从而造成了人机之间无法及时、

4、 准确交流信息，影响了无人机完成任务的有效性。 随着战场实时信息网(如 JSTARS)和人工智能技术的发展，人机 之间的信息交换和无人机的自主工作能力有了很大提高，这就保证了 无人机能够最大限度地发挥其特有的长处，从而使无人机技术成为对 未来作战最有影响的技术之一。 - 2 - 从低空， 短航时向高空， 长航时发展。 老式的无人机滞空时间短， 飞行高度低，侦察监视面积小，不能连续获取信息，甚至会造成情报 “盲区”，不适应现代战争的需要。为此，美国陆军研制了“蒂尔” II 超高空，长航时无人机。 向隐形无人机方向发展。为了对付日益增强的地面防空火力的威胁， 许多先进的隐形技术被应用到无人机的研制

5、上。 一是采用复合材料、雷达吸波材料和低噪声发动机。如美军“蒂 尔”II 无人机除了主梁外，几乎全部采用了石墨合成材料，并且对发 动机出气口和卫星通信天线作了特殊设计， 飞行高度在300米以上时， 人耻听不见；在 900 米以上时，肉眼看不见。 二是采用限制红外光反射技术，在机身表面涂上能够吸收红外光 的特制油漆并在发动机燃料中注入防红外辐射的化学制剂。 三是减小机身表面缝隙，减少雷达反射面。 四是采用充电表面涂层还具有变色的特性：从地面向上看，无人 机具有与天空一样的颜色；从空中往下看，无人机呈现与大地一样的 颜色。 从实时战术侦察向空中预警方向发展。美军认为，21 世纪的空中 侦察系统主要

6、由无人机组成。 美军计划用预警无人机取代 E3 和 E8 有人驾驶预警机，使唤其成为 21 世纪航空侦察的主力。 向空中格斗方向发展。攻击无人机是无人机的一个重要发展方向。 由于无人机能预先靠前部署，可以在距离所防卫目标较远的距离上摧 毁来袭的导弹，从而能够有效地克服“爱国者”或 C300 等反导导弹 反应时间长、拦截距离近、拦截成功后的残骸对防卫目标仍有损害的 缺点。如德国的“达尔”攻击型无人机，能够有效地对付多种地空导 弹，为己方攻击机开辟空中通道。以色列的“哈比”反辐射无人机， 具有自动搜索、全天候攻击和同时攻击多个目标的能力。 - 3 - 第二章第二章 无人机系统建立数学模型无人机系统建立数学模型 2 2.1.1 假设条件假设条件 要研究飞机动力学模型的姿态仿真，首先必须建立飞机的数学 模型。在忽略机体弹性震动和变形的条件下，飞的运动可看成包含六 个自由度的刚体运动，其中包含绕三个轴的三种转动(滚动、俯仰与偏 航)和沿三个轴的三种线运动(前进、上下与左右)。为了确切地描述飞 机的运动状态，必须选定合适的坐标系。本文采用两种坐标系：在确 定飞机的位置时