模型直升機(jī)飛行控制的魯棒參數(shù)化設(shè)計(jì)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(wú)人機(jī)得以誕生并獲得長(zhǎng)足發(fā)展。無(wú)人旋翼飛行器因其具有高度的靈活性和機(jī)動(dòng)性,能夠在受限或危險(xiǎn)區(qū)域自主地完成各種飛行任務(wù),如戰(zhàn)場(chǎng)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(jī)裝備上必要的傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊和無(wú)線通信設(shè)備等就可以搭建成一個(gè)無(wú)人旋翼空中應(yīng)用平臺(tái)。為了使模型直升機(jī)成為實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的平臺(tái),使它具有自主懸停和前飛的能力就成為一個(gè)亟需要解決的問(wèn)題。本文

2、面向直升機(jī)的自主飛行控制,建立了模型直升機(jī)完整的非線性動(dòng)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(jī)懸停和前飛控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　首先,在主旋翼轉(zhuǎn)速恒定、主旋翼槳葉剛性且無(wú)揮舞、以及直升機(jī)作低速飛行等前提下,系統(tǒng)全面地建立了模型直升機(jī)的非線性數(shù)學(xué)模型。為此,論文將整個(gè)模型直升機(jī)系統(tǒng)分解為機(jī)身子系統(tǒng)和力與力矩生成子系統(tǒng)。由于機(jī)身剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型比較簡(jiǎn)單,因此,本文主要考慮主旋翼系統(tǒng)以及它的執(zhí)行器機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。

3、驅(qū)動(dòng)主旋翼的執(zhí)行器機(jī)構(gòu)包括自動(dòng)傾斜器和主旋翼下方的一對(duì)平衡翼。本文先給出了自動(dòng)傾斜器作用在平衡翼和主旋翼上的周期伺服輸入的表達(dá)式;接著詳細(xì)討論了平衡翼的揮舞運(yùn)動(dòng),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(jī)身上的力和力矩。為了簡(jiǎn)化平衡翼和主旋翼的非線性氣動(dòng)特性,我們引入了兩個(gè)線性補(bǔ)償因子,這兩個(gè)因子可以通過(guò)辨識(shí)來(lái)確定。
　　其次,注意到直升機(jī)模型的高度非線性和各通道的強(qiáng)耦合性以及欠驅(qū)動(dòng)性,本文對(duì)直升機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)模

4、型作了必要的簡(jiǎn)化。通過(guò)合適地選取直升機(jī)懸停和前飛工作點(diǎn),將直升機(jī)的非線性模型進(jìn)行線性化。在此基礎(chǔ)上,我們分析了懸停和前飛時(shí)模型直升機(jī)的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合特性。分析和仿真都表明,縱向平動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)、側(cè)向平動(dòng)與滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都具有高度的相互耦合性;而在近懸停飛行時(shí),偏航運(yùn)動(dòng)與側(cè)向運(yùn)動(dòng)的耦合性則可以忽略。因此,模型直升機(jī)的線性化模型分解為三個(gè)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(dòng)子系統(tǒng)。
　　最后,本文提出模型直升機(jī)