小型无人直升机飞控系统设计与实现

发布时间：2016-12-15 21:50

  本文关键词：小型无人直升机飞控系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2013年

小型无人直升机飞控系统设计与实现

孙豫川  

【摘要】：小型无人直升机因其广阔的应用前景，仍然是当今世界最热门的研究课题之一，相对来说，国外的技术较为成熟，国内还处于研究阶段。由于无人直升机飞行控制系统的成本较高，其在民事应用领域推广受阻。本论文正是针对低成本的飞控系统展开设计，对于飞控系统来说，选择较低精度的传感器可以极大的降低成本，难点在于如何通过数据处理算法来弥补精度的缺失，实现小型无人直升机的高稳定性自主飞行。 本文首先介绍所设计飞控系统的硬件和软件架构，描绘出整个系统的结构框图，简单讲述了自主导航与控制的相关理论基础。在介绍了本系统的传感器型号及其优缺点之后，是数据处理部分的重点——十一阶扩展KALMAN滤波算法的设计和实现，由于本系统采用AT91SAM7SE512作为核心处理器，，其运算能力有限，因此需要对滤波算法进行优化处理。根据无人直升机各状态量之间的内在联系和特点，我们把十一阶的滤波模型拆分成五阶滤波模型和六阶滤波模型的子系统形式进行分开运算，实现了十一阶扩展KALMAN滤波算法在ARM7里的高效运行，对该优化后的滤波算法的准确性进行对比验证，结果表明此优化算法是成功可行的。后面的数据处理章节是在KALMAN滤波的基础之上，综合考虑直升机的9个状态量，调试出最佳的数据预处理方法和KALMAN滤波参数，最终使各通道的数据精度均能达到控制要求。其中，高度项通道的位置和速度数据的处理方法是本文的重点，本文的第四章以此展开。 在完成数据处理之后，我们进行了串级双闭环PID控制器设计，在PID控制器的基础上实现了无人直升机的自主飞行，并且解决了高速前飞时高度项通道的不稳定问题。由于PID控制器的参数调节工作较为繁琐、成本较高，在本文的最后进行了LQR控制器的设计。基于实验室已有的无人直升机非线性数学模型，进行此数学模型的参数辨识工作，得到了直升机内环姿态通道的传递函数，实现了内环通道的LQR控制器设计。本文的最后，对所设计的LQR控制器进行基于Autopilot的仿真验证和户外试飞悬停验证，结果表明此设计符合要求。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V249;V275.1
【目录】：

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