小型無人直升機姿態(tài)通道智能辨識建模研究.pdf

1、飛行機器人，特別是小型無人直升機，具有廣闊的應(yīng)用前景，越來越受到軍方和民用研究機構(gòu)的關(guān)注。相對來說這是一個帶有軍事色彩的研究方向，國外相關(guān)的核心技術(shù)基本上都沒有公開，所以有必要獨立自主發(fā)展我國的無人直升機系統(tǒng)。建立精確模型有助于小型直升機控制器的設(shè)計，飛行品質(zhì)的評價等。由于直升機的復(fù)雜性，很難用牛頓定律及歐拉方程等建立精確的機理模型。經(jīng)過大量簡化后的近似牛頓力學(xué)模型，僅適用于理想環(huán)境低速飛行時的位置控制。從模型的精度和模型的實用性考慮，

2、系統(tǒng)辨識方法適合于小型直升機建模。由于用傳統(tǒng)辨識方法建立小型直升機模型存在許多局限，所以本文綜合智能辨識器的優(yōu)點來完成小型直升機的建模工作。本文研究了用智能辨識方法直接從輸入-輸出數(shù)據(jù)中提取直升機的姿態(tài)動力學(xué)特性，建立姿態(tài)通道精確模型，可以對小型直升機飛行時的姿態(tài)控制提供幫助。主要研究內(nèi)容如下： (1)詳細(xì)分析了小型直升機結(jié)構(gòu)特點和動力學(xué)特性，然后介紹了在小型直升機飛行動力學(xué)研究中所用到的坐標(biāo)系及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。接下來介紹小型直升

3、機的基本動力學(xué)方程，氣動力和力矩。最后介紹了小型直升機辨識建模的基本步驟。 (2)針對小型直升機辨識建模中，模型結(jié)構(gòu)簡化不合理和傳統(tǒng)辨識方法對系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的苛刻要求等不足，本文通過理論分析，用一類可變結(jié)構(gòu)分式傳遞函數(shù)表示姿態(tài)通道的輸入輸出特性，并作為待辨識的模型集。隨后用遺傳算法對其進(jìn)行辨識，同時得到傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，所得傳遞函數(shù)模型有助于傳統(tǒng)姿態(tài)控制器的直接設(shè)計。該方法不用在離散傳遞函數(shù)和連續(xù)傳遞函數(shù)問進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使誤差減

4、小，而且其在高頻的性能也好；該方法不僅可以用在小型直升機的辨識建模中，也可以用在其它采樣不準(zhǔn)確的系統(tǒng)辨識中；該方法所得結(jié)果也可以為姿態(tài)通道T-S模型提供前提條件。 (3)姿態(tài)通道是非線性的，用一個線性傳遞函數(shù)是不能精確表示的。本文對數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域劃分，不同的區(qū)間用不同的線性函數(shù)表示。隨后用T-S模糊模型來表示這種結(jié)構(gòu)，并用聚類算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法得到T-S規(guī)則的前件隸屬度函數(shù)參數(shù)和后件線性參數(shù)，這樣就用局部的線性化表示了整個通道的

5、非線性。針對如何有效地利用人類知識的問題，分析了建立小型直升機模糊模型的關(guān)鍵性問題。所得模型有助于設(shè)計傳統(tǒng)與智能相結(jié)合的飛行控制器。 (4)針對小型直升機結(jié)構(gòu)、飛行環(huán)境的復(fù)雜性及傳感器的非理想性等因素導(dǎo)致所采集的數(shù)據(jù)存在誤差的問題，本文結(jié)合最新的電子、計算機軟硬件技術(shù)、傳感器技術(shù)等，設(shè)計功能較完備的飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了實驗的方便和安全，設(shè)計了一個4自由度的地面實驗臺架用于采集小型直升機姿態(tài)輸入輸出數(shù)據(jù)，隨后對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后