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研究生: 張濰
Chang, Wei
論文名稱: 模糊控制法於一無人戰機縱向飛行控制系統設計之應用
Application of Fuzzy Control Method on the Longitudinal Flight Control Design of a UCAV
指導教授: 許棟龍
Sheu, Donglong
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 飛行力學飛行控制模糊控制
外文關鍵詞: flight dynamics, flight control, fuzzy control
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  • 本論文之目的在於應用模糊邏輯理論設計一無人戰機之縱向飛行控制系統。模糊邏輯控制的特點在於應用歸屬函數描述,以建立輸入變數與輸出變數間的規則,這些規則是非線性的,稱為模糊規則,或模糊邏輯模式。本論文先應用VORSTAB程式計算一無人戰機11個飛行狀況之空氣動力係數,所有這些空氣動力模式經由模糊邏輯理論整合成一組空氣動力模式,再據以設計其縱向控制系統。與一般控制設計方法不同的是,本論文所發展的方法,係直接以非線性運動方程式設計控制系統,無須將運動方程式針對各種不同飛行狀況線性化。因此,所設計的一組控制系統即適合各種飛行狀況,無須如傳統方法須先針對每一個飛行狀況作控制系統設計,再以增益排程(gain scheduling)方法整合之。為證明所發展理論之可行,本論文以一無人戰機為例,詳細說明模糊邏輯空氣動力模式的建立,及模糊邏輯縱向飛行控制系統之設計。

    The objective of this thesis is to design a flight control system for an unmanned combative aerial vehicle (UCAV) by using the fuzzy logic theory. Fuzzy-logic control is characterized by using the description of the membership functions to establish the rule between the input and output variables. Such rules are nonlinear and are called the fuzzy rules, or the fuzzy-logic models. In this thesis, the aerodynamic coefficients of 11 flight conditions are computed first by using the VORSTAB for a UCAV. All these sets of aerodynamic coefficients are synthesized to just one set of aerodynamic model by using the fuzzy-logic theory. The longitudinal control system is then designed accordingly. Unlike conventional methods of control system design, the method developed in this thesis is do design the control system directly with the original nonlinear equations of motion without linearization. Therefore, the resulted control system is adapted to various flight conditions. Since non linearization with respect to each individual flight condition is required, no gain scheduling is necessary for synthesizing. To validate the theory developed, in this thesis, a UCAV is used for constructing a fuzzy-logic aerodynamic model which is then used for designing a fuzzy-logic longitudinal control law.

    摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 viii 符號表 x 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究方法 2 第二章 空氣動力數據與模糊邏輯模式 4 2.1 飛機外形之建立 4 2.2 VORSTAB程式分析 6 2.3 模糊邏輯模式 7 2.3.1 歸屬函數 8 2.3.2 計算p係數 11 2.4 空氣動力係數之建模 16 第三章 運動方程式 18 3.1 座標系之定義 18 3.2 運動方程式之推導 19 3.3 縱向運動方程式 21 第四章 模糊回授控制律 23 4.1 狀態變數與控制變數對p的偏導數 25 4.2 回授控制的偏導數 27 4.3 整合多飛行條件之控制律設計 30 4.4 討論 31 第五章 數值模擬與分析 33 5.1 控制系統在設計點上的模擬分析 35 5.2 控制系統在設計點範圍內的模擬分析 47 第六章 結論與未來展望 53 參考文獻 54 附錄A:VORSTAB分析之空氣動力係數 55 附錄B:空氣動力模式之p係數 78 附錄C:運動方程式的偏導數 103 附錄D:回授控制律之p係數 105 自述 106

    [1] L. A. Zadeh, “Fuzzy sets” Information and Control, Vol. 8, pp.338-353, 1965.
    [2] K. M. Lee, D. H. Kwakb and H. Leekwang,“Tuning of fuzzynext term models by previous termfuzzy neuralnext term networks”, Fuzzy Sets and Systems, Vol. 76, pp47-61, 1995.
    [3] T. Takagi, and M. Sugeno, “Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control,” IEEE Trans. Syst. Man Cybern., Vol. 15, pp. 116-132, 1985.
    [4] J. Carvajal, G. Chen and H. Ogmen,“Fuzzy PID controller: Design, performance evaluation, and stability analysis”, Information Sciences, Vol. 123, pp.249-270, 2000.
    [5] H. Li and J. Wang,“Fuzzy control law design of hypersonic vehicle based on genetic algorithm”,Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Vol. 34,2008.
    [6] Che-Ping. Su and C.Edward Lan,“ Rapid Development of Simulation Models for Flight Dynamic Application”, AIAA, A99-36893,pp. 296-310, 1999
    [7] 許棟龍,「飛行力學課程講義」, 國立成功大學航太研究所。

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