基于系统辨识的四旋翼飞行器建模方法研究

发布时间：2021-08-03 21:08

　　飞行控制系统是提高旋翼飞行器飞行稳定性和安全性的重要设备,飞行动力学模型是进行飞行控制系统设计的重要基础。由于旋翼飞行器固有的复杂性,传统机理建模方法很难得到高置信度的飞行动力学模型,系统辨识技术是提高建模精度的有效手段之一。针对常规辨识方法在旋翼飞行器建模应用中遇到的困难,本文开展了适用于旋翼飞行器建模的频域辨识方法研究。首先,本文基于样例旋翼飞行器建立了线化的飞行动力学模型,设计了增稳飞行控制律,在MATLAB/Simulink中建立了仿真实验平台并开展了仿真试验。其次,本文建立了基于线性调频Z变换、窗口尺寸优化以及MIMO系统轴间解耦的改进频域非参数辨识方法,并对样例旋翼飞行器进行了辨识和验证。结果表明,本文方法提高了旋翼飞行器这类耦合系统频响函数计算的精度。接着,本文建立了基于递推最小二乘法和频域输出误差法的频域状态空间模型参数辨识方法,进行了样例旋翼飞行器的状态空间模型辨识和验证。同时,本文还与现有时域方法进行了对比研究,结果表明本文建立的频域辨识方法效率和精度更高、数值稳定性更好,且得到的模型更符合物理意义。最后,本文搭建了四旋翼飞行器飞行试验平台,开展了飞行试验,并对试飞... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

V-22鱼鹰倾转旋翼机

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论1.1 引言随着人们对飞行任务的要求越来越复杂，具有可垂直起降、悬停、低速飞行和高机动性等特点的旋翼飞行器在军事和生活领域应用越加广泛，例如：低空侦查、搭载武器、求援抢险、高原运输、农用植保、航拍、桥梁检测等，如图 1. 1~图 1. 4 所示。旋翼飞行器构型种类繁多，包括：直升机、多轴旋翼飞行器、倾转旋翼机等，其中四旋翼飞行器以操控简单、可扩展性强以及低成本等优势，成为最热门的旋翼飞行器之一。而在旋翼飞行器设计中，高置信度的动力学模型是工程师们关注的重点，其对控制律设计和飞行品质评估有着重要的影响。现代飞行控制系统对飞行器飞行动力学模型的精度提出了更高的要求，精准的飞行动力学模型可以帮助工程师有效地开发控制系统。因此，如何快速地得到高置信度的飞行动力学模型至关重要。

特点的旋翼飞行器在军事和生活领域应用越加广泛，例如：低空侦查、搭载武器、求援抢险、高原运输、农用植保、航拍、桥梁检测等，如图 1. 1~图 1. 4 所示。旋翼飞行器构型种类繁多，包括：直升机、多轴旋翼飞行器、倾转旋翼机等，其中四旋翼飞行器以操控简单、可扩展性强以及低成本等优势，成为最热门的旋翼飞行器之一。而在旋翼飞行器设计中，高置信度的动力学模型是工程师们关注的重点，其对控制律设计和飞行品质评估有着重要的影响。现代飞行控制系统对飞行器飞行动力学模型的精度提出了更高的要求，精准的飞行动力学模型可以帮助工程师有效地开发控制系统。因此，如何快速地得到高置信度的飞行动力学模型至关重要。图 1. 1 V-22 鱼鹰倾转旋翼机 图 1. 2 航拍多轴飞行器

【参考文献】：
期刊论文
[1]小型无人直升机系统时域辨识方法研究[J]. 陈志贤,贺继林,宋大雷,齐俊桐.  计算机仿真. 2014(07)
[2]基于子空间和PEM的无人直升机两阶段参数辨识[J]. 邵明强,李广文,徐恒.  飞行力学. 2013(04)
[3]四旋翼无人机的系统模型与辨识[J]. 吴桐,赵健康,杨磊.  计算机仿真. 2012(08)
[4]旋翼飞行器飞行动力学系统辨识建模算法[J]. 宋彦国,孙涛.  南京航空航天大学学报. 2011(03)
[5]微型飞行器动力学模型的系统辨识[J]. 赵滨,庄丽葵,王彪,曹云峰.  科学技术与工程. 2010(33)
[6]组合窗函数的短时傅里叶变换时频表示方法[J]. 肖瑛,冯长建.  探测与控制学报. 2010(03)
[7]时变线性/非线性结构参数识别及系统辨识方法研究进展[J]. 于开平,庞世伟,赵婕.  科学通报. 2009(20)
[8]模型直升机悬停状态下飞行力学模型辨识[J]. 孙涛,宋彦国,张呈林.  航空学报. 2009(01)
[9]基于子空间法的小型直升机飞行力学模型辨识[J]. 孙涛,宋彦国,张呈林.  南京航空航天大学学报. 2008(05)
[10]无人直升机控制动态特性的频域辨识建模方法[J]. 顾冬雷,高正,孙传伟.  南京航空航天大学学报. 2004(06)

博士论文
[1]直升机飞行动力学模型辨识与机动飞行研究[D]. 吴伟.南京航空航天大学 2010



本文编号：3320341