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

1、小型無人直升機(SUH)因為體積小、質(zhì)量輕、成本低、隱蔽性好、零傷亡等優(yōu)勢，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，在軍事和民用領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。而其高度非線性、強耦合、開環(huán)不穩(wěn)定、時變等特點，給建模和飛行控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。
　　本文以“玉泉之翼”小型無人直升機為研究對象。搭建了飛行控制系統(tǒng)的硬件軟件平臺;建立了SUH的11階模型，辨識得到其參數(shù);提出了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的飛行控制策略，并實現(xiàn)了其自主協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)

2、彎飛行;設(shè)計了基于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飛行控制的實驗平臺，包括硬件平臺、軟件平臺和仿真平臺。該平臺具備足夠的計算能力、強實時性、可靠和易于拓展等性能。
　　2)對SUH產(chǎn)生力和力矩的關(guān)鍵五部分進(jìn)行建模，綜合得到其運動方程，線性小擾動方法得到其11階狀態(tài)空間方程。掃頻實驗得到數(shù)據(jù)，系統(tǒng)辨識得到其參數(shù)，并通過頻域、時域驗證所建模型的精確性

3、。
　　3)分析了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的動力學(xué)原理，提出了協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的控制策略，設(shè)計了PID串級控制器。通過飛行實驗，優(yōu)化了參數(shù)，改進(jìn)了控制方案，最后實現(xiàn)了完整的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎飛行，實驗飛行數(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以內(nèi)，高度誤差在±1.2m以內(nèi)，XY位置誤差在8％以內(nèi)，水平曲線近似一個圓。驗證了該方案工程可實現(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SUH高階模型設(shè)計了魯棒H∞內(nèi)環(huán)控制器，