纵列式双旋翼无人直升机飞行控制研究

发布时间：2020-07-24 11:48

【摘要】：纵列式双旋翼无人直升机以其优异的运输性能在军事和民用领域得到广泛运用。由于纵列式双旋翼无人直升机是一个通道耦合强、高度非线性的高阶复杂系统,且旋翼间的气动干扰增加了无人直升机模型的不确定性和复杂性,使得高性能飞行控制系统的设计面临诸多挑战。本文以样例纵列式双旋翼无人直升机为研究对象,提出一种将参考模型和跟随模型相结合的新型自适应姿态控制方法,并以自主设计的双核控制器为基础进行飞行对比实验,验证了新型自适应控制方法的优越性,为今后纵列式双旋翼无人直升机大包线飞行控制奠定了基础。首先,采用分部件建模方法建立纵列式双旋翼无人直升机全量非线性模型并进行配平操作,研究在不同前飞速度下姿态角、操纵量的变化。基于小扰动线性化法获得线性化数学模型,并通过稳定性、耦合性分析无人直升机性能。其次,针对纵列式双旋翼无人直升机纵横向耦合性设计动态解耦控制器,并基于此解耦系统分别进行姿态内回路和位置外回路常规控制器设计。仿真实验表明该控制器能够对纵列式双旋翼无人直升机进行有效控制。再次,针对测量噪声、配平误差、气动参数不确定性等对纵列式双旋翼无人直升机姿态控制的影响,本文提出一种将参考模型和跟随模型相结合的新型自适应控制方法,并进行自适应参数收敛性分析。根据仿真实验结果进而针对参数收敛性问题改进自适应控制结构,解决了测量噪声对自适应参数收敛性的不良影响。仿真实验表明改进型自适应控制器具有良好的姿态跟踪效果。最后,结合DSP和ARM控制器各自特点,设计了一款适用性广、功能丰富的双核控制器,实现数据采集和飞控运算的独立运行。设计了纵列式双旋翼无人直升机飞行控制软件和地面遥控遥测软件,并进行了试飞验证,结果表明新型自适应控制方法比常规控制方法具有更好的控制品质。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;V249.1
【图文】：

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南京航空航天大学硕士学位论文研制工作的中流砥柱。从20世纪80年代，美国关于纵列式直升机的工作以改型为主，其目的是为了满足不同的作战要求。最具代表性的机种就是CH-46和CH-47直升机[7]。这两个型号通过不断地改型，形成了经典的纵列式直升机系列。美国作为纵列式直升机研制改进的主体，纵列式直升机应用研究又以CH-46及CH-47这两个系列为重心。到现在，CH-47以及该型号仍在不断改进与完善[8]。

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以及U8等无人机，中国航空工业直升机所正在研发的“绝影”新概念高速旋翼无人机。“海鸥”号作为我国首架双旋翼无人直升机，于1993年9首飞成功。“海鸥”号主要应用于军事情报侦察与战场监视，如图1.3所示，质量为300kg，其发动机功率可达58.8kw。机上有飞行控制导航与制导控制系统，可以实现自主飞行和遥控飞行。由中航工业所研制的U8无人直升机于2011年试飞成功，这是我国技术相对较为成熟的一款无人直升机，其被广泛应用于交通疏导、农业作业、

【参考文献】