论文摘要：无人机地面侧向操纵特性分析及自主控制系统设计

无人机地面运动阶段是事故高发阶段，因此，本文对无人机的地面滑跑进行了一定的研究。首先分析了无人机在地面滑跑时的受力状况，包括地面摩擦力、地面施加于轮胎上的侧向力、空气动力、发动机推力等，并根据动力学规律建立了无人机地面滑跑运动的六自由度动力学模型。然后基于无人机地面运动的六自由度方程、运动学特征和几何关系，推导了前轮操纵角速度和侧滑角速度的表达式，并求解得到了无人机地面转弯的前轮极限偏转角和最小转弯半径。由于飞机结构不可能完全对称、跑道也不会绝对平整以及侧风等影响，飞机地面运动过程中经常会出现侧偏现象，若不及时加以修正，飞机将会冲出跑道，酿成事故。对于该问题，本文建立了一种自主纠偏控制系统，采用基于侧偏和侧偏速度的控制律，通过综合利用前轮操纵和方向舵操纵实现了无人机在地面滑跑过程中的自主纠偏。另外，针对无人机滑跑过程中经常出现的侧翻以及侧风问题，本文也给出了相应的解决方案并建立了控制结构对侧翻和侧风做出回应以实现防侧翻和侧风补偿。经Matlab/Simulink仿真发现，所建立的动力学模型较为精确，自主控制系统控制效果良好。