基于模態(tài)切換的無人直升機(jī)雙回路魯棒控制器的研究.pdf

1、隨著技術(shù)的發(fā)展，無人直升機(jī)因其具有的獨(dú)特飛行特性、體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低等特點(diǎn)，在軍民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。在自主飛控系統(tǒng)控制下能夠完成固定翼飛行器無法勝任的任務(wù)，如線纜巡檢、反恐偵查、災(zāi)情巡查等。所以研發(fā)無人直升機(jī)自主飛控系統(tǒng)具有非常重要的意義。本課題旨在研究基于模態(tài)切換的無人直升機(jī)雙回路魯棒控制算法，并開發(fā)一套飛行姿態(tài)控制試驗(yàn)平臺。
　　 首先針對文獻(xiàn)中提供的多個模態(tài)MIMO無人直升機(jī)線性模型進(jìn)行分析，證明其對象本身各

2、通道均存在靜不穩(wěn)定性和較大耦合性。在借鑒內(nèi)外回路控制和魯棒控制思想的基礎(chǔ)上，提出一種基于模態(tài)切換的雙回路魯棒控制算法。其中內(nèi)回路控制器采用H∞回路成形技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得內(nèi)回路不僅能夠?qū)崿F(xiàn)ADS-33 E-PRF標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三維姿態(tài)角和垂向速率通道間解耦，滿足通道內(nèi)的帶寬、靜動態(tài)ACAH性能要求，而且具有一定的魯棒穩(wěn)定裕度，以克服模型不確定性帶來的內(nèi)環(huán)系統(tǒng)攝動；外回路控制器采用H∞混合靈敏度優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使外回路實(shí)現(xiàn)縱向、橫向速率以及高

3、度的控制，并以此為基礎(chǔ)，給出了降階控制器參數(shù)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)；對于多模態(tài)系統(tǒng)控制問題，給出了多模態(tài)切換控制實(shí)現(xiàn)的條件。并且在一定假設(shè)條件下，提出了一種基于模糊“軟切換”的多模態(tài)切換控制策略，以此減小切換過程中的抖動和沖擊。該算法經(jīng)仿真驗(yàn)證，獲得了期望的控制效果。
　　 其次，設(shè)計(jì)了一套無人直升機(jī)飛行姿態(tài)控制試驗(yàn)平臺?？紤]到系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，該平臺設(shè)計(jì)為“機(jī)載上位機(jī)--機(jī)載下位機(jī)--地面站”的系統(tǒng)架構(gòu)方式。機(jī)載上位機(jī)采用“Wif

4、i模塊+PC104 plus”嵌入式計(jì)算機(jī)作為硬件平臺，在其上面安裝Windows XP系統(tǒng)，用Visual C++6.0進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)，完成與機(jī)載下位機(jī)進(jìn)行指令信號與監(jiān)測數(shù)據(jù)的串行通訊，數(shù)據(jù)機(jī)載存儲以及向地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)無線轉(zhuǎn)發(fā)。地面站負(fù)責(zé)接收機(jī)載上位機(jī)無線轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲。機(jī)載下位機(jī)軟硬件完全進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試。通過系統(tǒng)需求分析，設(shè)計(jì)采用“DSP+CPLD”架構(gòu)模式，在CCS和QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)I