(完整版)无人机飞行控制系统仿真研究本科生毕业设计

1 绪论

本章先主要介绍了无人机进无人机的特点，国内外研究现状和发展趋势及这篇文章的主要内容安排。

1.1无人机概述

无人机即无人驾驶飞机，也称为遥控驾驶飞行器，是机上没有驾驶员，靠自身程序控制装置操纵，自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的无人驾驶飞行器，在它上面装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统实现远距离控制飞行。无人机大体上由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成。

无人机在航空业已有一百年的历史了。第一驾遥控航模飞机于1909年在美国试飞成功。1915年10月德国西门子公司研制成功采用伺服控制装置和指令制导的滑翔炸弹，它被公认为有控的无人机的先驱。世界上第一架无人机是英国人于1917年研制的。这是一架无线电操纵的小型单翼机，由于当时的许多技术问题，所以试验失败。一直到1921年英国才研制成可付诸实用的第一驾靶机。1918年德国也研制成第一驾无人驾驶的遥控飞机。1920年简氏《世界各地飞机》首次提到无人机。20世纪30年代初无线电操纵的无人靶机研制成功。在20世纪40至50年代，无人机逐渐得到了广泛使用，但这时主要是作为靶机使用。世界各国空军于20世纪50年代大量装备了无人驾驶飞机作为空靶。进入20世纪60年代后，美国出于冷战需要，将无人机研究重点放在侦察用途方面，这标志着无人机技术开始进入了以应用需求为牵引的快速发展时代。

由于无人机具有低成本、零伤亡、可重复使用和高机动等优点,因此

深受世界各国军队的广泛欢迎，近年来得到了快速发展。对于无人机而言，其自动飞行控制系统的设计是至关重要的，它的优劣程度直接影响到无人机各项性能(包括起飞着陆性能、作业飞行性能、飞行安全可靠性能、系统的自动化性和可维护性等)。因此，研究无人机的自动飞行控制技术具有十分重要的现实意义，尤其是在军事上的重要性己经得到国内外的高度重视，而无人机飞行控制系统是无人机能够安全、有效地完成复杂战术、战略使命的基本前提，因此迫切需要加强该领域的研究工作。

无人机的研制早在 20 世纪初就开始了，几乎与有人机同步，自30年代国外首次采用无线电操纵的模型飞机作为靶机以后，无人机的发展十分迅速。40年代，低空低速的小型活塞式靶机投入使用。50年代出现了高亚音速和超音速高性能的靶机，世界各国空军开始大量装备无人机作为空靶。60年代以后，随着微电子技术、导航与控制技术的发展，一些国家研制了无人驾驶侦察机，美国率先研制成功无人驾驶侦察机，并开始用于越战。无人机受到越来越多国家的青睐，发展迅猛。在1982年的中东战争中,以色列在贝卡谷地交战中，用“侦察兵”和“猛犬”无人机诱骗叙军的地空导弹的制导雷达开机，侦查获取了雷达的工作参数并测定了其所在位置。无人机的飞速发展是在海湾战争后，以美国为首的多国部队的无人机在海湾战争中成功地完成了战场侦察、火炮校射、通信中继和电子对抗任务。无人机的研制成功和战场运用，揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章，由此引发了无人机及其飞行控制研究的热潮。

美国、英国、法国、德国、以色列、澳大利亚等国都针对这个领域投入了相当的研究力量。究其原因，用无人机替代有人驾驶飞机可以降低生产成本，便于运输、维修和保养，而且不用考虑人的生理和心理承受极限。未来无人机在军事和民事上都有广泛的应用前景。在军事领域，采用无人

机进行作战和侦察，可以减少人员的伤亡，还能具有超高过载的机动能力。在民用领域，无人机可以完成资源勘测、灾情侦察、通信中继、环境监测等繁重重复或具有一定危险的任务。无人机按其用途和性能确定其属性和全称，如：靶标无人机、侦察无人机、无人诱饵机、电子对抗无人机、攻击无人机、战斗无人机；长航时无人机、超音速无人机、微型无人机、无人直升机等。

中国无人机的研究始于50年代后期，1959年已基本摸索出安-2和伊尔-28两种飞机的自动起降规律。60年代中后期投入无人机研制，形成了“长空”1靶机、无侦5高空照相侦察机和D-4小型遥控飞机等系列，并以高等学校为依托建立了无人机设计研究机构，具有自行设计与小批生产能力。中国生产的各种型号的无人机，基本上满足了国内军需民用，并且逐步走向国际市场。

1.2 无人机的特点

无人机在现代战争中逐渐替代有人机，得到大力发展和广泛应用,与它自身的优点是分不开的，它与有人驾驶飞机相比，具有以下特点：

(1) 重量轻，尺寸小。据统计世界300多种无人机 (不包括由有人机改成的无人机中，有66.9%的起飞重量不超过200kg，77.4%的重量在500kg 以内, 起飞重量大于2000kg的不到10%，没有超过10000kg的。而有人驾驶军用飞机起飞重量均在10000kg以上，有的甚至超过60000kg。无人机的最大尺寸(除了长续航时间飞行器之外)一般不会超过10m，一半以上最大尺寸在 5m 以下，而有人驾驶飞机的最大尺寸一般在12m以上。

(2)费用低。中小型无人机价格范围都在1万～100万美元之间，其中有24 %的无人机在10万美元以下，65%的在10万～40万美元之间，而且有不少小型无人机在1万美元以下。相比之下，价值几百万到几千万的有

人驾驶军用飞机的价格要高很多。另外，在驾驶员培训和燃料消耗方面,无人机也比有人机低很多。

(3) 机动性高。无人机不需要考虑人的承载能力，过载可以大于±4g,目前有的无人机机动过载已经达到12g。但有人飞机必须考虑人的承载能力，使机动性受到限制。

(4) 隐蔽性好。无人机尺寸小，结构设计时可大面积采用雷达反射特征与红外辐射特征小的材料制造,在结构与总体布局上可采取" 隐形 "措施，在小发动机上可采取消音措施。

(5) 适应性强。无人机的发射比较简单，灵便多样，可由地面,舰艇发射或母机携带至空中发射在地面发射时，可由固定式或活动式发射装置发射，滑跑起飞距离一般不超过300m；而有人机起飞滑跑距离在1000m以上，并且对跑道的要求也高。另外，无人机回收也较简单，可以用降落伞或拦截网回收，这为部队灵活机动的军事行动创造了有利条件。

(6) 安全性高。人不必冒生命危险,这是无人机最根本的特点。它能在敌人威胁力强的危险区执行任务，能在复杂恶劣气候条件下或在有核、生物、化学作用的危害区工作，能昼夜长时间连续飞行。

1.3无人机的发展趋势

无人机以制造成本与寿命周期费用低、无人员损失几率、较小的尺寸、较强的隐身能力受有人机过载系数的约束、相对简单的维护保养方式等优点。受到了各国的重视。在航天科工集团公司展出的无人装备中，几款新型无人机比较“耀眼”。

SH-1多用途通用无人机采用翼神身融合、大展弦比的无尾飞翼式布局，具有优异的气动特性、良好的隐身性能和较强的装载能力，装载光电侦察设备，可执行空中侦察、目标识别、目标定位、打击效果评估等不同