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研究生: 林煥巍
Lin, Hung-Wei
論文名稱: 無人飛行載具導引飛控整合自動駕駛儀參數選取之研究
A Study of Parameters Selection for an Integrated Guidance and Flight Control Autopilot Used in UAV
指導教授: 林穎裕
Lin, Yiing-Yuh
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 飛行控制參數選取硬體迴路
外文關鍵詞: Flight Animation, Real Time, Flight Control, Hardware-in-the-loop, Parameters Selection
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  •   本論文以F-16為無人飛行載具(UAV)模型,並以所使用之導引飛控整合自動駕駛儀為研究重點,主要探討自動駕駛儀參數選取對飛行性能之影響,並提出尋找適合各種飛行狀態之參數的分析方法。自動駕駛儀之導引律設計,乃利用UAV與目標間之相對位置與飛行速度,轉換成UAV所需要的飛行控制命令。飛行控制器則應用回授線性化及滑動模式(Sliding mode)設計一具有強健性的非線性控制器,接受飛行控制命令指揮UAV並完成飛行任務。自動駕駛儀參數眾多,參數與飛行性能間之關係值得深入探討,期能達到飛行穩定及最佳化的要求。為能清楚了解UAV飛行過程,本研究利用雙台電腦連結航電儀器進行即時含硬體迴路動態模擬。其中一為飛行模擬電腦,以Visual C++撰寫軟體計算UAV即時飛行動態,並接收單晶片處理器所擷取之GPS定位與精密電子羅盤之姿態量測,另一電腦使用圖形語言LabVIEW發展動畫軟體,接收即時模擬數據,並以動畫方式表現飛行導引過程,輔助設計或驗證UAV自動駕駛儀之用。最後以四個範例說明自動駕駛儀參數選取對飛行導引飛控整合自動駕駛儀之重要性。

      A F-16 as the UAV dynamic model and its integrated guidance and flight control autopilot is chosen in this research as the main focus of this study. The objective is to investigate the effect of autopilot parameters to the flight performance of an unmanned aerial vehicle (UAV) and proposes an analysis method for selecting a set of parameters best suited for many different flight conditions. The guidance law of the autopilot transforms the relative position between the UAV and a desired location and the velocity of the UAV into flight control command. The flight control law, a robust nonlinear controller, based on feedback linearization and sliding mode control receives the flight control command, directs the UAV, and reaches the desired location. The autopilot includes a large set of parameters worthy of in-dept study to achieve stable and optimal flight performance. In order to better understand the UAV flight behavior, a hardware-in-the-loop real-time simulation platform is formed with two PCs and avionic instrument. The UAV flight simulation software written with Visual C++ is placed in one PC, which connects with a position GPS and a high precision attitude compass through a data modulating single chip processor. The simulation data are transported to the other flight animation PC, in which an animation software written with graphical language, LabVIEW is developed. The platform helps engineers in designing or verifying the UAV autopilot. Finally, four flight control examples are included to demonstrate the importance of parameters selection to the integrated guidance and control autopilot.

    摘要 Abstract 目錄……………………………………………………………………… Ⅰ 圖目錄…………………………………………………………………… Ⅲ 表目錄…………………………………………………………………… Ⅴ 第一章 緒論………………………………………………………… 1 1-1 前言…………………………………………………………… 1 1-2 研究方法……………………………………………………… 1 1-3 論文大綱……………………………………………………… 2 第二章 飛行載具系統動態模式與飛行控制器設計…………… 3 2-1 飛機系統動態模式…………………………………………… 3 2-2 主要外力與氣動力矩分析…………………………………… 6 2-3 非線性飛行控制器設計……………………………………… 8 2-3-1 慢速狀態控制器……………………………………………… 8 2-3-2 快速狀態控制器………………………………………………… 13 第三章 飛行導引律設計…………………………………………… 18 3-1 前言…………………………………………………………… 18 3-2 空間中固定點導引…………………………………………… 18 3-3 水平盤旋導引………………………………………………… 19 3-4 修正路徑導引………………………………………………… 21 第四章 自動駕駛儀參數選取與模擬結果………………………… 24 4-1 前言…………………………………………………………… 24 4-1-1 由爬升狀態進入平飛………………………………………… 24 4-1-2 由俯衝狀態進入平飛………………………………………… 26 4-1-3 由轉彎狀態進入平飛………………………………………… 27 4-1-4 綜合飛行狀態分析…………………………………………… 29 4-2 參數選擇討論………………………………………………… 30 4-3 模擬任務測式與結果………………………………………… 32 4-4 飛行導引結果………………………………………………… 35 4-4-1 case 1 空間中固定點導引…………………………………… 35 4-4-2 case 2 盤旋導引……………………………………………… 36 4-4-3 case 3 修正路徑導引………………………………………… 37 4-5 結果討論………………………………………………………… 37 第五章 機載航電硬體整合與飛行動畫之實現……………………… 53 5-1 前言……………………………………………………………… 53 5-1-1 航電硬體架構與介紹………………………………………… 53 5-1-2 NMEA通訊協定簡介…………………………………………… 59 5-1-3 導航資料擷取與處理………………………………………… 60 5-2 飛控電腦之導航程式架構…………………………………… 63 5-3 動畫程式之設計……………………………………………… 64 5-3-1 飛機模型的建構……………………………………………… 65 5-3-2 行為能力之賦予……………………………………………… 66 5-3-3 動畫程式之整合……………………………………………… 66 5-3-4 動畫程式之實現……………………………………………… 67 第六章 結論與建議…………………………………………………… 69 附錄……………………………………………………………………… 71 參考文獻………………………………………………………………… 74

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    下載圖示 校內:2005-08-20公開
    校外:2007-08-20公開
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