小型無(wú)人直升機(jī)建模和協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制研究.pdf

1、小型無(wú)人直升機(jī)(SUH)因?yàn)轶w積小、質(zhì)量輕、成本低、隱蔽性好、零傷亡等優(yōu)勢(shì)，以及可垂直起降、低空、后飛、側(cè)飛、懸停、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎等特殊飛行的特點(diǎn)，在軍事和民用領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值。而其高度非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定、時(shí)變等特點(diǎn)，給建模和飛行控制帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
　　本文以“玉泉之翼”小型無(wú)人直升機(jī)為研究對(duì)象。搭建了飛行控制系統(tǒng)的硬件軟件平臺(tái);建立了SUH的11階模型，辨識(shí)得到其參數(shù);提出了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的飛行控制策略，并實(shí)現(xiàn)了其自主協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)

2、彎飛行;設(shè)計(jì)了基于H∞回路成形理論的控制器，提高了內(nèi)環(huán)跟蹤性能。本文的主要工作及貢獻(xiàn)如下:
　　1)根據(jù)需求，搭建了一套適合SUH飛行控制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和仿真平臺(tái)。該平臺(tái)具備足夠的計(jì)算能力、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、可靠和易于拓展等性能。
　　2)對(duì)SUH產(chǎn)生力和力矩的關(guān)鍵五部分進(jìn)行建模，綜合得到其運(yùn)動(dòng)方程，線(xiàn)性小擾動(dòng)方法得到其11階狀態(tài)空間方程。掃頻實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)，系統(tǒng)辨識(shí)得到其參數(shù)，并通過(guò)頻域、時(shí)域驗(yàn)證所建模型的精確性

3、。
　　3)分析了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的動(dòng)力學(xué)原理，提出了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的控制策略，設(shè)計(jì)了PID串級(jí)控制器。通過(guò)飛行實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了參數(shù)，改進(jìn)了控制方案，最后實(shí)現(xiàn)了完整的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎飛行，實(shí)驗(yàn)飛行數(shù)據(jù)表明:協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制姿態(tài)穩(wěn)定，速度誤差在±0.5m/s以?xún)?nèi)，高度誤差在±1.2m以?xún)?nèi)，XY位置誤差在8％以?xún)?nèi)，水平曲線(xiàn)近似一個(gè)圓。驗(yàn)證了該方案工程可實(shí)現(xiàn)，控制器的可靠性和魯棒性良好。
　　4)基于H∞回路成形理論，對(duì)SUH高階模型設(shè)計(jì)了魯棒H∞內(nèi)環(huán)控制器，