基于姿態(tài)引導(dǎo)和擾動辨識的涵道飛行器智能控制.pdf

1、涵道飛行器特殊的氣動布局使得它具有機(jī)動性強(qiáng)、推進(jìn)效率高等優(yōu)點，特別適合用于高空偵查、監(jiān)視等對懸停效率要求高的場合。但是，考慮到涵道飛行器所處的工作環(huán)境經(jīng)常會受到側(cè)風(fēng)等外界空氣擾動的影響，而且這些擾動是不確定的、時變的，這就要求涵道飛行器的控制系統(tǒng)有很好的魯棒性。本文針對上述問題，以懸停和軌跡跟蹤為目標(biāo)，建立涵道飛行器的經(jīng)典控制體系和智能控制方法，對外界擾動的辨識問題進(jìn)行了探索。
　　首先，建立涵道飛行器的數(shù)學(xué)模型。通過對涵道飛行器

2、各個組成部分的介紹，講述了其垂直起降和姿態(tài)調(diào)整的工作原理；考慮螺旋槳和控制舵的動力學(xué)特性，對涵道飛行器進(jìn)行整體動力學(xué)建模，將整個系統(tǒng)抽象為11個自由度的多輸入多輸出系統(tǒng)；使用卡爾丹角描述其飛行姿態(tài)，在運動分析中引入坐標(biāo)變換矩陣；通過拉格朗日函數(shù)建立系統(tǒng)的動力學(xué)方程，并結(jié)合空氣動力學(xué)的相關(guān)知識定義涵道飛行器受到的外界作用力。
　　其次，設(shè)計基于虛擬力導(dǎo)向的分層控制體系。根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計偽控制輸入，構(gòu)成分層控制體系的頂層；從系統(tǒng)的動力

3、學(xué)方程出發(fā)，定義參考反饋指令，再結(jié)合動力學(xué)解耦算法，將控制信息分解為各個舢板和螺旋槳的動作命令；處于分層控制體系底層的是控制舵和螺旋槳的控制規(guī)律。結(jié)合涵道飛行器的懸停目標(biāo)，設(shè)計了基于計算力矩法的偽控制輸入。
　　然后，設(shè)計基于姿態(tài)導(dǎo)向和擾動辨識的軌跡跟蹤控制方法。通過對涵道飛行器平動動力學(xué)方程的分析，得出姿態(tài)運動是水平橫向和縱向飛行的虛擬輸入；據(jù)此設(shè)計姿態(tài)角度命令生成器，可以解除平動和姿態(tài)運動之間的耦合；將外界空氣擾動和模型的不確

4、定性統(tǒng)一考慮為系統(tǒng)函數(shù)，并假設(shè)系統(tǒng)函數(shù)是由容易辨識的低頻分量和高頻分量組成，同時根據(jù)軌跡跟蹤的要求設(shè)計系統(tǒng)函數(shù)的更新規(guī)律。此外，從控制系統(tǒng)的魯棒性出發(fā)，對傳統(tǒng)的控制體系和智能控制方法進(jìn)行了對比分析。
　　最后，使用MATLAB和Adams對以上兩種控制方法進(jìn)行聯(lián)合仿真，在仿真過程中強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)參數(shù)選擇的重要性。仿真結(jié)果與之前的理論分析相吻合，基于虛擬力的傳統(tǒng)控制方法缺少對外界擾動的估計，抗干擾性和魯棒性不如基于擾動辨識的智能控制方法