直升機控制方法研究及三維可視化系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、本文主要針對直升機的飛行控制系統(tǒng)和機動飛行科目仿真進行展開研究。設計了直升機解耦控制器，研究了直升機的各模態(tài)控制規(guī)律。針對直升機的典型飛行任務，采用VisualC++6.0平臺與OpenGL仿真軟件開發(fā)了一套實時可視化演示系統(tǒng)。 首先，建立直升機飛行動力學模型。通過計算各部件所產(chǎn)生的氣動力與力矩，得出用于直升機機動飛行仿真的非線性動力學模型。同時在某些特殊飛行狀態(tài)下(如懸停和低速飛行)進行小擾動線性化，該線性化模型用于直升機的

2、俯仰、滾轉(zhuǎn)偏航和高度等通道的控制器設計。 其次，根據(jù)直升機在懸停和低速前飛狀態(tài)的小擾動線性化模型，利用LQ方法對直升機的縱向通道和側(cè)向通道進行控制器的設計，根據(jù)預先定義的性能指標，合理選擇加權(quán)矩陣Q，R，然后通過對黎卡提方程進行求解得出最優(yōu)反饋控制增益矩陣。 再次，對直升機全狀態(tài)方程進行解耦設計。本文利用隱模型跟蹤解耦控制中內(nèi)外回路設計的思想，將解耦設計分解為內(nèi)回路和外回路兩部分。在內(nèi)回路采用基于特征結(jié)構(gòu)配置的方法進

3、行設計，使內(nèi)回路獲得良好的解耦控制效果。而外回路的則基于單回路經(jīng)典設計方法，從而使得整個回路的解耦控制得到簡化。 然后，對直升機機動飛行科目進行仿真。為了使直升機機動飛行任務直觀、形象化同時能夠?qū)崟r反映出直升機各狀態(tài)的變化情況。本文采用VisualC++6.0開發(fā)平臺，利用OpenGL三維仿真軟件來渲染地理環(huán)境，如地形、天空、太陽、海浪的繪制，同時結(jié)合3DMax直升機模型導入到VC平臺下顯示。通過對直升機非線性動力學模型進行數(shù)

4、值迭代解算，以及對直升機飛行控制模塊的解算，針對直升機的縱向與橫向機動飛行科目，如縱向機動飛行科目：懸停著陸，急躍升與急躍降，加速/減速機動飛行和魚躍飛行，以及橫航向飛行：協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎、蛇形飛行等進行三維仿真，并實時繪制直升機當前飛行狀態(tài)如速度，位置，角速度以及操控量的動態(tài)變化曲線，通過狀態(tài)變化曲線來判斷直升機完成機動飛行任務的能力。 最后，對本文的研究內(nèi)容進行了總結(jié)，并針對直升機飛行仿真和控制系統(tǒng)設計方面提出了需要進一步研究的工