模型直升機(jī)建模和雙核架構(gòu)飛控系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、微小型無人直升機(jī)由于其獨(dú)特的飛行特性和廣闊的應(yīng)用背景，成為無人飛行器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以模型直升機(jī)為研究對象，以自動懸停為控制目標(biāo)，為其設(shè)計了一套功能完備的飛行控制系統(tǒng)軟硬件，將其改造成具有自動控制功能的微小型無人直升機(jī)，具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，使用機(jī)理建模和辨識建模相結(jié)合的方法建立了模型直升機(jī)自動懸停狀態(tài)下的模型。通過動力學(xué)分析建立模型直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型，得到去耦簡化的線性狀態(tài)方程；在此基礎(chǔ)上，開展掃頻實(shí)驗，運(yùn)用基于偏相干

2、分析的頻域辨識方法得到其俯仰通道和橫滾通道的傳遞函數(shù)，并通過交叉驗證的手段確定了所建模型的可靠性和適應(yīng)性。
　　其次，設(shè)計并完成了模型直升機(jī)自動飛行控制系統(tǒng)的軟硬件。從任務(wù)需求和功能實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，制定了飛控系統(tǒng)總體設(shè)計方案，包括飛行控制計算機(jī)、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、無線通信鏈路、地面監(jiān)控站幾部分，其中飛行控制計算機(jī)采用DSP+FPGA的雙核架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的合理分配和管理。在此基礎(chǔ)上，完成了飛控板的硬件制作，設(shè)計了各微控制器的軟

3、件結(jié)構(gòu)并完成了開環(huán)軟件編寫。
　　接著，提出了一種基于經(jīng)典控制理論的自動飛行控制律設(shè)計。建立了包括姿態(tài)保持回路、高度保持回路、速度保持回路等在內(nèi)的串級多回路PID控制律設(shè)計方案，并針對建模得到的單通道傳遞函數(shù)模型，設(shè)計了連續(xù)系統(tǒng)下的控制律，進(jìn)一步將其離散化處理，便于運(yùn)用到實(shí)際飛控系統(tǒng)中去。
　　最后，整合模型直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的軟硬件，開展了實(shí)際試飛實(shí)驗。通過地面靜態(tài)實(shí)驗驗證了本文設(shè)計的飛控系統(tǒng)的功能完備性，并進(jìn)行了場地飛行