模型直升機飛行控制的魯棒參數(shù)化設(shè)計方法.pdf

1、隨著傳感器、微電子以及通信等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展,無人機得以誕生并獲得長足發(fā)展。無人旋翼飛行器因其具有高度的靈活性和機動性,能夠在受限或危險區(qū)域自主地完成各種飛行任務(wù),如戰(zhàn)場火力支援、偵察監(jiān)控、高壓線巡視以及科學(xué)考察等,而日漸受到軍界和學(xué)術(shù)界的青睞。為模型直升機裝備上必要的傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信設(shè)備等就可以搭建成一個無人旋翼空中應(yīng)用平臺。為了使模型直升機成為實驗和應(yīng)用的平臺,使它具有自主懸停和前飛的能力就成為一個亟需要解決的問題。本文

2、面向直升機的自主飛行控制,建立了模型直升機完整的非線性動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,利用魯棒參數(shù)化方法完成了模型直升機懸停和前飛控制系統(tǒng)的設(shè)計。
　　首先,在主旋翼轉(zhuǎn)速恒定、主旋翼槳葉剛性且無揮舞、以及直升機作低速飛行等前提下,系統(tǒng)全面地建立了模型直升機的非線性數(shù)學(xué)模型。為此,論文將整個模型直升機系統(tǒng)分解為機身子系統(tǒng)和力與力矩生成子系統(tǒng)。由于機身剛體的運動學(xué)和動力學(xué)模型比較簡單,因此,本文主要考慮主旋翼系統(tǒng)以及它的執(zhí)行器機構(gòu)的動態(tài)特性。

3、驅(qū)動主旋翼的執(zhí)行器機構(gòu)包括自動傾斜器和主旋翼下方的一對平衡翼。本文先給出了自動傾斜器作用在平衡翼和主旋翼上的周期伺服輸入的表達式;接著詳細討論了平衡翼的揮舞運動,及其與主旋翼之間的相互耦合作用;最終得到了旋翼系統(tǒng)作用于機身上的力和力矩。為了簡化平衡翼和主旋翼的非線性氣動特性,我們引入了兩個線性補償因子,這兩個因子可以通過辨識來確定。
　　其次,注意到直升機模型的高度非線性和各通道的強耦合性以及欠驅(qū)動性,本文對直升機的非線性動力學(xué)模

4、型作了必要的簡化。通過合適地選取直升機懸停和前飛工作點,將直升機的非線性模型進行線性化。在此基礎(chǔ)上,我們分析了懸停和前飛時模型直升機的平動運動和旋轉(zhuǎn)運動的耦合特性。分析和仿真都表明,縱向平動與俯仰運動、側(cè)向平動與滾轉(zhuǎn)運動都具有高度的相互耦合性;而在近懸停飛行時,偏航運動與側(cè)向運動的耦合性則可以忽略。因此,模型直升機的線性化模型分解為三個子系統(tǒng):分別是滾轉(zhuǎn)和俯仰耦合子系統(tǒng)、偏航子系統(tǒng)以及垂向平動子系統(tǒng)。
　　最后,本文提出模型直升機