直升機(jī)飛行控制與可視化飛行仿真技術(shù)研究.pdf

1、由于其特有的飛行能力，直升機(jī)在軍事和民用的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的需求。直升機(jī)飛行控制技術(shù)是直升機(jī)研究中的一個(gè)重要研究方向，而直升機(jī)飛行控制的研究離不開數(shù)學(xué)建模、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和飛行仿真這三個(gè)方向的研究。正是在這種背景下，本文開展了直升機(jī)建模、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和飛行仿真的研究工作。
　　首先，建立直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型。分別計(jì)算直升機(jī)各個(gè)部件的氣動(dòng)力與力矩，得出直升機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)模型，整個(gè)仿真模型最終在Matlab/Simulink平臺(tái)上得以實(shí)現(xiàn)

2、。為了結(jié)合控制律設(shè)計(jì)，在某些特殊飛行狀態(tài)下（如懸停和低速前飛）進(jìn)行小擾動(dòng)線性化，將線性模型用于直升機(jī)的滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航和高度等通道的控制律設(shè)計(jì)。
　　其次，介紹了直升機(jī)飛行控制律的設(shè)計(jì)工作，根據(jù)直升機(jī)穩(wěn)定性和耦合性的分析結(jié)果，對(duì)直升機(jī)的控制策略、控制規(guī)律進(jìn)行了研究。采用PID控制方法實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)在懸停狀態(tài)下的增穩(wěn)控制律。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)定高懸停飛行科目，設(shè)計(jì)了直升機(jī)的自動(dòng)控制律（高度控制律、航向控制律及軌跡控制律）。對(duì)所設(shè)計(jì)的控制

3、律進(jìn)行綜合仿真，仿真結(jié)果表明，給出的設(shè)計(jì)參數(shù)合理有效。
　　再次，考慮到不同配平點(diǎn)上的直升機(jī)模型大范圍變化，本文采用了一種強(qiáng)魯棒控制方法（定量反饋理論）設(shè)計(jì)直升機(jī)在低速前飛(0～40節(jié))下的控制器。首先介紹了采用定量反饋理論(QFT)設(shè)計(jì)多輸入多輸出系統(tǒng)的原理及一般設(shè)計(jì)過程，然后根據(jù)QFT設(shè)計(jì)理論，將預(yù)先定義的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)化到尼柯爾斯（Nichols）圖中的一系列邊界約束，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出滿足性能指標(biāo)的姿態(tài)回路控制器。最后，仿真證明

4、QFT能夠解決由于模型參數(shù)不確定性所造成的控制系統(tǒng)魯棒性問題。
　　最后，在VC6.0平臺(tái)下，開發(fā)了一套基于FlightGear模擬器的實(shí)時(shí)可視化飛行仿真系統(tǒng)，該仿真系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)模塊、動(dòng)力學(xué)模型以及FlightGear模擬器?？刂葡到y(tǒng)模塊和動(dòng)力學(xué)模型是在VC6.0平臺(tái)下用C語言實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)時(shí)模擬直升機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性和控制系統(tǒng)，F(xiàn)lightGear提供了逼真的視覺仿真效果模擬直升機(jī)運(yùn)動(dòng)。三個(gè)模塊通過串口和基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊方