地效翼船的組合導(dǎo)航及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、地效翼船(Ground Effect Vehicle，亦稱為地效飛行器、地效飛機(jī))是一種利用地面效應(yīng)原理，具有超低空飛行能力的特種飛行器。它介于飛機(jī)、艦船和氣墊船之間，既可以離開水(或地)面又可貼近水(或地)面飛行。
　　 針對(duì)無人地效翼船的特點(diǎn)，本文研究了一種基于MEMS陀螺、加速度計(jì)、GPS等傳感器與微型導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(DSP)構(gòu)成的微小型組合導(dǎo)航系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了飛行控制系統(tǒng)。本文以小型無人地效翼船作為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹

2、其數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)融合算法、姿態(tài)角最優(yōu)估計(jì)以及飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 首先根據(jù)地效翼船空氣動(dòng)力學(xué)原理，建立了地效翼船的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)地效翼船的實(shí)際參數(shù)，用MATLAB/Simulink對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真論證，同時(shí)針對(duì)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行了MATLAB仿真，選擇合理的仿真參數(shù)，確定了地效翼船的設(shè)計(jì)方案。
　　 其次，由于在地效應(yīng)區(qū)域內(nèi)飛行器平臺(tái)姿態(tài)瞬時(shí)變化劇烈，要保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定飛行，需要

3、設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定及可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)。采用微慣性測(cè)量單元(MIMU)、GPS和微型導(dǎo)航計(jì)算機(jī)構(gòu)成航姿參考系統(tǒng)(AHRS)，同時(shí)建立MEMS陀螺、加速度計(jì)以及水平傾斜儀傳感器誤差模型，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的誤差模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，得到誤差補(bǔ)償方法，有效提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。
　　 接著，研究了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的數(shù)據(jù)融合算法，推導(dǎo)出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差方程、Kalman濾波器狀態(tài)方程和量測(cè)方程，為導(dǎo)航系統(tǒng)提供理論依據(jù)。這里微型導(dǎo)航計(jì)算機(jī)把M

4、IMU測(cè)量得到的陀螺儀和加速度計(jì)的輸出進(jìn)行捷聯(lián)解算，輸出姿態(tài)、位置和速度信息。這些信息連同由GPS的姿態(tài)信息一起輸入到濾波器，進(jìn)行信息融合，得到導(dǎo)航參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)值。
　　 最后，針對(duì)地效翼船，利用PID控制器設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)調(diào)試工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于低精度MIMU和GPS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，利用微型計(jì)算機(jī)的快速處理能力，設(shè)計(jì)多傳感器融合算法，實(shí)現(xiàn)了較高精度的導(dǎo)航控制系統(tǒng)，導(dǎo)航算法滿足無人地效飛行器實(shí)時(shí)控制