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南京航空航天大学
硕士学位论文
翼伞飞行运动建模与翼伞空投控制技术研究
姓名:郑成
申请学位级别:硕士
专业:武器系统与运用工程
指导教师:吴庆宪
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
翼伞系统的高滑翔特性和可控特性,使得翼伞系统已成为空投领域研究的热点。目前国内
对翼伞的研究与国外相比还有很大差距。本文采用理论分析与数值仿真相结合的方法,对翼伞
空投系统动力学、轨迹规划和跟踪问题进行了比较深入的研究。
本文建立了翼伞系统六自由度非线性数学模型和 Simulink 下的飞行运动仿真模型,着重分
析了翼伞系统的基本运动特性,以及主要设计参数对系统性能的影响,对研究翼伞空投系统的
工作过程和控制技术提供了理论依据。
为了实现翼伞系统的准确、安全着陆,根据翼伞系统自身的可操纵性和基本运动特性,本
文对翼伞系统的归航策略作了深入研究,并设计了翼伞空投系统的分段归航轨迹。利用各段轨
迹的几何关系将轨迹优化问题转化为参数优化问题,并对基本遗传算法进行了改进,运用新的
改进自适应遗传算法(IAGA)进行了有效的求解,提高了收敛速度,避免了“早熟”现象。
本文分别采用了两种方法对翼伞空投系统的控制技术进行了研究。一种方法是根据翼伞系
统线性时不变的误差方程,直接进行轨迹控制器的设计,本文基于这种思想设计了模糊自适应
PID 控制器。另一种方法是采用传统飞行器轨迹控制设计方法,将整个控制器分为姿态稳定内
回路和质心运动外回路,本文采用模糊滑模控制的方法对姿态稳定内回路做了深入研究。
最后,在 VC++的编程环境下,结合开放性图形开发库 OpenGL 和三维模型制作工具
MilkShape 3D,开发了翼伞空投系统的三维视景软件。


关键词:翼伞,建模,运动特性,航迹规划,遗传算法,航迹跟踪,模糊自适应,模糊滑模,
三维仿真
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翼伞飞行运动建模与翼伞空投控制技术研究
Abstract
Because of the gliding characteristics and control characteristics, parafoil system has e a
hotspot in airdrop. Recently the study of parafoil inland lagged behind greatly. In this thesis, the
problems were analyzed thoroughly in method of theoretical and numerical simulation, including
parafoil dynamics, trajectory design and trajectory following.
In this paper, the 6DOF nonlinear mathematical model of parafoil system and the simulation
model of flight exercise were designed. The basic dynamic properties of the system, and some
geometric parameters’ effects on the system dynamics were researched and summarized. All those
studies would be theoretical bases to working process and control technology researches of parafoil
system.
In order to realize accurate, safe landing of parafoil system, according to its own maneuverability
and basic flight characters, homing strategies of parafoil system were analyzed thoroughly. Then,
multiphase homing trajectory of parafoil system was designed. Transfer trajectory optimization to
parameter optimization by using of the geometric relationship between trajectory, im