飞行器再入动力学建模与仿真答辩稿
飞行器动力学建模与控制算法研究
飞行器动力学建模与控制算法研究近年来，随着飞行器科技的不断发展，在民航、军事、医疗等领域对于飞行器动力学建模与控制算法的研究越来越重要。
在这个领域，机器学习和控制算法是不可或缺的。
一、飞行器动力学建模飞行器动力学建模是一种研究飞行器各运动参数之间相互关系的数学模型。
飞行器在运动状态下，它的飞行参数和控制设备状态都是动态变化的。
动力学建模可以计算出在给定环境和飞行机动下，飞行器的动力学行为。
为了建模飞行器动力学，一个数学模型来描述飞行运动非常关键。
这个数学模型涉及了飞行器的静力学和动力学。
静力学是指飞行器在稳定状态下的重心、重力和升力之间的平衡。
我们可以从飞行器的基础平衡方程中得出其运动学和动力学的模型。
动力学是指飞行器加速和制动时所产生的力和力矩。
飞行器的动力学非常复杂，因此需要将动力学分离出来建立动力学方程。
二、飞行器控制算法在飞行器控制算法方面，可以将监督学习（Supervised learning）、强化学习（Reinforcement learning）和适应性控制（Adaptive Control）这三种方法进行比较。
1. 监督学习监督学习是利用有标记的样本对算法进行训练的学习方法。
在飞行器控制中的应用可以采用反向传播（Back Propagation）和支持向量机（Support Vector Machine）来构建控制器。
反向传播算法使用很广泛，其主要功能是利用数值方法来求解多层感知器，实现简单、容易控制，准确性高。
支持向量机的精度高，可以轻松地训练复杂的非线性模型。
监督学习方法的主要优点是易于训练，但其使用的场景有限，无法处理未知场景。
2. 强化学习强化学习是在决策和结果之间建立联系的学习方法。
在飞行控制方面，可以使用强化学习算法来训练控制器，将以前的经验与新的场景进行比较，以便改进控制性能。
强化学习具有自适应性和泛化性的优势，但其优点同时也是缺点，因为不同环境下探索行为的训练是复杂和困难的。
飞行器自主控制技术研究答辩稿
作 者： 导 师： 明德学院 自动化系 2014年6月
报告提纲
1.选题背景 2.完成工作 3.研究内容 4.论文框架 5.动力学建模 6.算法设计与仿真 7.总结
选题背景
• 随着自动控制技术和智能决策技术的不断发展，无人机凭 借其低成本，零伤亡，可重复使用和高机动等优点，成为 了当代战争的重要作战工具之一，有着不可替代的作用 • 旋翼式飞行器作为一种无人机，其起飞和降落所需空间较 少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态 保持能力较强的优点，在民用和军事领域都有广泛的应用 前景 • 近年来对四旋翼飞行器的研究成果较多，融合了自动控制、 传感以及计算机科学等诸多技术，成为了未来无人机的主 要发展趋势，并成为目前重点的研究对象
PI算法仿真结果
不加控制器时系统脉冲响应
加控制器时系统脉冲响应
PID算法
• 1）比例调节作用，对四旋翼无人飞行器进行飞行观测，比照惯性 坐标系，当出现角度偏差时，比例调节立即产生作用，将角度向着 零点运动，实现四旋翼无人飞行器的稳定飞行，比例系数大，可以 加快调节，减少误差，但是过大的比例，使四旋翼无人飞行器稳定 性下降 • 2）积分调节作用，是使四旋翼无人飞行器消除稳态误差，提高无 差度。即使有一个小的角度变化，通过长时间的积分作用都能够显 现出来，对四旋翼无人飞行器的姿态变化产生影响，积分时间常数 T，T越小，积分作用就越强。反之T大，则积分作用弱，积分调节 动态响应变慢，但实现无差姿态调节是必须的。 • 3）微分调节作用，反映四旋翼无人飞行器偏航角度偏差信号的变 化率，具有预见角度变化趋势，实现姿态的超前控制，在偏航角度 偏差还没有形成之前，实现对偏差的消除。因此，改善四旋翼无人 飞行器的动态性能。
积分分离PID算法仿真
高速飞行器的飞行动力学建模与仿真
高速飞行器的飞行动力学建模与仿真下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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飞行器动力学仿真技术研究及应用
飞行器动力学仿真技术研究及应用第一章引言近年来，飞行器动力学仿真技术在航空航天领域得到了广泛的应用，已经成为研究和评估飞行器性能、设计新型飞行器的重要手段。
通过飞行器动力学仿真技术，可以减少试验测试所需的时间和成本，同时可以更好地控制飞行器的仿真环境，从而提高仿真结果的准确性和可靠性。
本文将对飞行器动力学仿真技术的基本概念、仿真模型及应用进行研究和探讨。
第二章飞行器动力学仿真技术的基本概念2.1 飞行器动力学仿真概述飞行器动力学仿真是指基于计算机数值模拟技术对飞行器的运动进行模拟，从而实现对飞行器运动的预测和评估。
飞行器动力学仿真主要涉及到多个学科领域，包括航空、力学、控制等。
在飞行器动力学仿真中，通常采用三维坐标系对飞行器的运动进行描述，并建立相应的飞行器仿真模型。
仿真模型包括刚体模型和柔性模型，其中刚体模型适用于分析飞行器姿态和运动，而柔性模型适用于分析飞行器的弹性变形等问题。
2.2 飞行器仿真模型飞行器仿真模型是指基于数学模型对飞行器进行建模的过程。
飞行器仿真模型可以分为刚体模型和柔性模型两种类型，具体如下：2.2.1 刚体模型刚体模型是指将飞行器视为完全刚体，并且在该模型中不考虑飞行器的变形。
通常情况下，刚体模型适用于分析飞行器的姿态和运动。
2.2.2 柔性模型柔性模型是指在飞行器的刚体模型基础上，考虑飞行器的弹性变形，并将变形量作为仿真模型中的反馈。
相比于刚体模型，柔性模型可以更加真实地模拟飞行器的实际运动情况。
2.3 飞行器动力学仿真技术的应用飞行器动力学仿真技术的主要应用包括以下几个方面：2.3.1 飞行器的可靠性评估通过飞行器动力学仿真技术，可以对飞行器的性能进行全面的评估，分析出飞行器的缺陷和问题，并提出相应的改进措施。
2.3.2 飞行器的设计和优化通过飞行器动力学仿真技术，可以对飞行器的设计进行高效快速的优化，从而提高飞行器的性能和效率。
2.3.3 飞行器的驾驶员培训通过飞行器动力学仿真技术，可以对飞行器驾驶员进行实时的仿真训练，使其能够更好地掌握飞行器的操作要领，从而提高飞行安全性。
航空航天：航空航天工程答辩模板
航空航天工程的技术创新体现在新型飞 行器、新型发动机、新型航天器等方面
• 新型飞行器：如无人机、高速民用飞 机等 • 新型发动机：如可变循环发动机、核 聚变发动机等 • 新型航天器：如可重复使用航天器、 月球基地等
03
航空航天工程的项目管理与风险控制
航空航天工程的项目管理概述
航空航天工程项目管理涉及项目规划、项目执行、 项目监控等方面
教训：如波音737MAX事件、挑战者号航天飞机事故等
• 波音737MAX事件：波音公司737MAX飞机发生致命事故，导致飞机停飞、减产等，教训深刻 • 挑战者号航天飞机事故：美国挑战者号航天飞机在发射过程中发生爆炸，导致7名宇航员丧生， 教训深刻
管理经验：如项目管理、风险控制、国际合作等方面
• 项目管理：如采用敏捷项目管理、项目管理软件等方法，提高项目管理效率 • 风险控制：如采用风险预防、风险缓解、风险转移等策略，降低项目风险 • 国际合作：如波音公司与中国商飞公司的合作，提高航空航天工程的技术水平
航天工程的组成部分包括航天器、运载 火箭、航天电子系统等
• 航天器：包括人造地球卫星、探测器、 载人航天器等 • 运载火箭：用于发射航天器 • 航天电子系统：包括导航、通信、控 制等系统
航空航天工程的技术融合与创新
航空航天工程的技术融合体现在飞行器设计、发动 机技术、航空电子等方面
• 飞行器设计：飞机与直升机的技术融 合，如倾转旋翼机 • 发动机技术：航空发动机与火箭发动 机的技术融合，如冲压发动机 • 航空电子：航空电子与航天电子的技 术融合，如卫星导航系统
• 智能化：如无人机、自动驾驶飞机等 • 绿色环保：如新能源航空器、环保材 料等 • 跨界融合：如航空航天与信息技术、 生物技术的融合
飞行器动力学建模与控制策略研究
飞行器动力学建模与控制策略研究随着人类对空中交通安全要求的提高，飞行器的制造与运营已成为现代工业的重要组成部分。
而飞行器的运行过程不仅涉及到飞行速度、高度等基本参数，还包括飞行器的动态特性，这些特性决定了飞行器的控制和稳定性。
因此，飞行器的动力学建模和控制策略研究成了实现飞行器自动化、智能化的重要基础和前提。
1. 飞行器动力学建模飞行器动力学建模是建立描述飞行器动态特性和运动规律的数学模型，通常包括飞行器空气动力学、结构动力学和控制系统。
而空气动力学、结构动力学和控制系统的建模是飞行器动力学建模的三个核心内容。
1.1 飞行器空气动力学建模飞行器空气动力学是描述飞行器在气动力学作用下的运动规律和动态响应的分支学科。
它主要涉及空气动力学原理、空气动力学实验和空气动力学数值模拟等内容。
在飞行器动力学建模中，空气动力学是非常重要的一个内容，因为空气动力学直接决定了飞行器的稳定性、控制性和操纵性。
飞行器空气动力学建模的核心任务是建立飞行器的空气动力学数学模型，包括建立飞行器的受力模型、动量方程、角动量方程和气动力系数模型等，以及利用数值模拟方法选择合适的求解算法来模拟飞行器的空气动力学行为。
1.2 飞行器结构动力学建模飞行器结构动力学是描述飞行器结构在受到外力作用下的变形和运动的分支学科。
它主要涉及强度学、振动学、疲劳性等内容。
在飞行器动力学建模中，结构动力学是描述飞行器结构变形和运动的重要组成部分。
飞行器结构动力学建模的核心任务是建立飞行器的结构动力学数学模型，包括建立飞行器的质量分布、应力分布、振动模态、自由振动方程、响应方程和传递函数等，以及利用数值模拟方法来模拟飞行器结构的动力学行为。
1.3 飞行器控制系统建模飞行器控制系统是指在飞行器飞行过程中，通过控制系统对飞行器进行控制和操纵，使飞行器能够达到预期的性能和任务要求。
在飞行器动力学建模中，控制系统的建模是非常重要的一个内容，因为控制系统直接决定了飞行器的控制性、稳定性和操纵性。
飞行器动力系统的动态建模与仿真
飞行器动力系统的动态建模与仿真在现代航空航天领域，飞行器动力系统的性能和可靠性至关重要。
为了更好地设计、优化和预测飞行器动力系统的工作特性，动态建模与仿真是一种不可或缺的工具。
飞行器动力系统是一个复杂的多学科交叉领域，涵盖了热力学、流体力学、燃烧学、机械工程等多个学科的知识。
其主要组成部分包括发动机、燃料供应系统、进气系统、排气系统等。
发动机作为核心部件，又可以分为多种类型，如喷气式发动机、涡轮螺旋桨发动机、火箭发动机等，每种类型都有其独特的工作原理和性能特点。
动态建模是对飞行器动力系统的物理过程和行为进行数学描述的过程。
通过建立精确的数学模型，可以捕捉到系统中各种参数之间的关系，以及它们随时间的变化规律。
例如，对于喷气式发动机，建模需要考虑空气的吸入、压缩、燃烧、膨胀和排出等过程。
在建模过程中，需要运用各种数学方法和理论，如微分方程、偏微分方程、数值分析等。
在建立模型时，首先要对系统进行合理的简化和假设。
这是因为实际的飞行器动力系统非常复杂，如果不进行简化，建模将变得极其困难甚至无法实现。
然而，简化也需要谨慎进行，以确保模型能够准确反映系统的主要特性和关键行为。
例如，在建模燃烧过程时，可以假设燃烧是均匀的、完全的，但同时需要考虑实际中可能存在的燃烧不完全、火焰传播速度等因素的影响。
模型的参数确定是建模过程中的一个关键环节。
这些参数通常包括物理常数、几何尺寸、材料特性等。
获取参数的方法有多种，如实验测量、理论计算、参考已有文献和数据等。
实验测量可以提供最直接和准确的参数值，但往往受到实验条件和设备的限制。
理论计算则基于物理定律和数学公式，可以在一定程度上预测参数值，但计算过程可能较为复杂。
参考已有文献和数据可以节省时间和成本，但需要对数据的可靠性和适用性进行评估。
建立好模型后，接下来就是进行仿真。
仿真就是利用计算机软件对建立的模型进行数值求解，以得到系统在不同工况下的性能参数和输出结果。
仿真软件通常包括专业的航空航天仿真工具，如MATLAB/Simulink、ANSYS Fluent 等。
2018届飞行技术专业报告答辩模板
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绪论
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02
文献综述
MORESHI POWERPOINT
A G R A D U AT I O N T H E S I S R E P LY T E M P L AT E
延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究
汇报人：××× 编号： 645916
目录 C O N T E N T S
1
绪论
4
研究方法
2
文献综述 理论框架与研究假设
5
分析与讨论 结论与建议
3
6
01
延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究工作内容阐述: 577203
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总结：延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研 究
• 内容123 • 延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究延边开垦人参地土 壤交换性阳离子的研究延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究 • 延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究延边开垦人参地土壤交换性阳离子的研究延边开垦人参地土 壤交换性阳离子的研究 660499
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的飞行状态，属于高超声速飞行器范畴，可将升力系数和阻力系数近似看成仅与攻
角 有关，所以再入过程中的控制量只有倾斜角和攻角。又本文仿真时将倾角置
零，所以本文的控制变量只有攻角。
控制变量的设置
再入飞行器与所有的再入大气飞行器一样，热防护是其一项很重要的考虑因素。 通常，在再入的初始阶段采用大攻角飞行，可以减轻防热系统的负担。本文攻角剖 面的选取如图所示：
坐标系及转化 大气飞行环境
▪ 用到的坐标系
（1） 地心惯性坐标系 （2）地心坐标系 （3）飞行器位置坐标系 （4）飞行器再入坐标系 （5）体坐标系 （6）飞行器的质心速度方向
▪ 坐标系转化
(1) 位置坐标系转到地心坐标系 (2)飞行器再入坐标系到地心坐标系 (3) 位置坐标系到速度坐标系
坐标系关系图
(2mg0
)
tan rV
d dStogo
r V2
(VcV
)2
Sref
CL
(
,
M
)
cos
(2mg0) cos
V
2
1 r
1 r
在上述方程中，倾斜角 、升力系数CL(,M)和阻力系数CD(,M)将作为控制量。由
于本文研究的是再入高超声速飞行器再入大气后的飞行速度马赫数基本处于大于 5
高度随时间变化曲线：
速度随时间变化曲线：
以上三图显示的是参考轨迹的状态量和时间都是经过无
量纲化后的。从高度随时间变化曲线图可以看到高度随时 间的变化呈现振荡衰减的曲线。在开始阶段高度下降的很 快，随后开始减弱并最终定格在目标高度；从时间变化曲 线图可以很明显的看到速度有一个上升的过程。这种现象 的出现是由于一开始在万有引力的作用下，再入飞行器再 入大气开始时是加速的，但由于飞行器的升力体机构以及 大气层的作用才使得飞行器开始减速；从飞行路径角中飞 行路径角的曲线也是呈现一种衰减的趋势，并最终到达目 标点。
弧长，剩余航程 Stogo 的微分方程为：
将
S&togo V
r&,V&, &方程分别除于 Stogo，将
cos cosV
r
L ,D 方程代入，整理可以得到以
Stogo
为自变量的纵
向运动方程为：
dr r tan dStogo
dV dStogo
r V cos
(VcV )2 Sref CD ( , M )
航空器的大气飞行环境是对流层和平流层。 大气层对飞行有很大影响，恶劣的天气条件会危及飞行安全，大气属性（温度、压力、湿度、风向、 风速等）对飞机飞行性能和飞行航迹也会产生不同程度的影响。 因此对大气飞行环境的研究至关重要，本文假设大气层相对地球是静止的，随地球一起旋转。
再入运动方程及建模
▪ 本文研究的飞行问题速度范围可以忽略牵连加速度和科氏惯性力的影响，即不考 虑地球自转的影响。可推导出简化的运动学方程：
dr V sin
dt
d V cos cos
dt
r cos
d V cos sin
dt
r
dV dt
D
sin
r2
d
dt
1 V
L cos
(V
2
1) r
cos
r
d
dt
1 V
L
cos
sin
V2 r
cos
飞行器再入动力学建模与仿真
学生： 学号： 指导老师：
论文结构以及主要内容
▪ 第一章 绪论 ▪ 第二章 飞行器再入坐标及大气环境 ▪ 第三章 再入运动方程及建模 ▪ 第四章 再入纵向轨迹参数设计与仿真 ▪ 第五章 总结与展望
研究目的及意义
▪ 为研究飞行器再入大气层返回地球时的质心运动规律，需要对飞行器 进行动力学建模并仿真分析。
▪ 飞行器再入动力学与再入式飞行器的工程设计和实际应用有着非常密 切的关系： (1) 再入运动建模是飞行器型号设计的重要理论基础； (2) 是分析再入飞行性能、使用条件的重要手段； (3) 与飞行器的总体设计、制导和控制系统设计、结构设计有密切关 系； (4) 是研究飞行器可靠性、精度、效能和飞行规划的理论基础。 飞行器再入动力学建模与仿真的主要目的是：推导飞行器再入运动方程， 得到关于飞行状态变量的微分方程组；研究计算机仿真方法，仿真求 解运动方程，得到再入飞行轨迹。
再入初始条件如表 其中目标点的经纬度为( f f )，而末端区域能量管理点的参数括 (rf Vf Stogo ) 。 取近似平衡滑翔条件的倾斜角值 EQ 0 。
仿真结果及分析
通过本文的参考轨迹在轨实时生成算法，数字仿真得到的纵向生成的参 考轨迹如图所示：
参考轨迹的各个状态量随时间的变化曲线如图所示： 飞行路径角随时间变化曲线：
向运动方程和侧向运动方程。从而可知，纵向参考面包括如下几个参数，高度r、
速度V 、飞行路径角 、攻角 和倾斜角 。这里我们需要以剩余航程为独立变
量重写系统微分方程。定义飞行器的当前点、目标点和地心所决定的平面为瞬时纵
向平面（瞬时目标平面），那么剩余航程指飞行器在瞬时目标平面内将飞行的大圆
cos
tan
式中 r ——指地心到飞行器质心的距离(km)；
θ——经度(deg)； Φ——纬度(deg)； V——速度(m/s)； ψ——航向角(deg)； ϓ——飞行路径角 σ——倾斜角(deg)，即速度倾斜角。
纵向运动方程
为了得到合适的纵向再入参考轨迹，将飞行器再入大气的动力学方程解耦成纵
综上得到三维再入飞行轨迹仿真图，如图：
谢谢各位老师！ 老师们工作辛苦了！
攻角曲线方程如下：
20
Ma 18
10 5(16 Ma) 16 Ma 18
10
Ma 16
再入条件
为了验证本文的制导算法，采用零推力滑翔高升阻比飞行器 CAV-L 的相关参数数据。相应的气动 参数如表 所示。CAV 的质量为 816.48kg，有效参考面积为 0.32258平方米，最大升阻比为 2.4。