基于模態(tài)切換的無人直升機雙回路魯棒控制器的研究.pdf

1、隨著技術的發(fā)展，無人直升機因其具有的獨特飛行特性、體積小、質量輕、造價低等特點，在軍民用領域發(fā)揮著越來越大的作用。在自主飛控系統(tǒng)控制下能夠完成固定翼飛行器無法勝任的任務，如線纜巡檢、反恐偵查、災情巡查等。所以研發(fā)無人直升機自主飛控系統(tǒng)具有非常重要的意義。本課題旨在研究基于模態(tài)切換的無人直升機雙回路魯棒控制算法，并開發(fā)一套飛行姿態(tài)控制試驗平臺。
　　 首先針對文獻中提供的多個模態(tài)MIMO無人直升機線性模型進行分析，證明其對象本身各

2、通道均存在靜不穩(wěn)定性和較大耦合性。在借鑒內外回路控制和魯棒控制思想的基礎上，提出一種基于模態(tài)切換的雙回路魯棒控制算法。其中內回路控制器采用H∞回路成形技術進行設計，使得內回路不僅能夠實現ADS-33 E-PRF標準規(guī)定的三維姿態(tài)角和垂向速率通道間解耦，滿足通道內的帶寬、靜動態(tài)ACAH性能要求，而且具有一定的魯棒穩(wěn)定裕度，以克服模型不確定性帶來的內環(huán)系統(tǒng)攝動；外回路控制器采用H∞混合靈敏度優(yōu)化技術進行設計，使外回路實現縱向、橫向速率以及高

3、度的控制，并以此為基礎，給出了降階控制器參數化設計的結構；對于多模態(tài)系統(tǒng)控制問題，給出了多模態(tài)切換控制實現的條件。并且在一定假設條件下，提出了一種基于模糊“軟切換”的多模態(tài)切換控制策略，以此減小切換過程中的抖動和沖擊。該算法經仿真驗證，獲得了期望的控制效果。
　　 其次，設計了一套無人直升機飛行姿態(tài)控制試驗平臺?？紤]到系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，該平臺設計為“機載上位機--機載下位機--地面站”的系統(tǒng)架構方式。機載上位機采用“Wif

4、i模塊+PC104 plus”嵌入式計算機作為硬件平臺，在其上面安裝Windows XP系統(tǒng)，用Visual C++6.0進行應用軟件開發(fā)，完成與機載下位機進行指令信號與監(jiān)測數據的串行通訊，數據機載存儲以及向地面站進行數據無線轉發(fā)。地面站負責接收機載上位機無線轉發(fā)的數據并進行存儲。機載下位機軟硬件完全進行自主設計、開發(fā)和調試。通過系統(tǒng)需求分析，設計采用“DSP+CPLD”架構模式，在CCS和QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中進行程序開發(fā)，實現I