六旋翼无人直升机控制技术研究

发布时间：2017-04-28 22:06

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【摘要】：本文描述了对一款新型六旋翼无人直升机飞行控制技术的研究。重点研究了六旋翼无人直升机动力学建模和飞行控制律的设计问题。尝试采用了PID控制、LQ控制、动态逆理论。通过仿真验证了所得飞行控制系统能使得六旋翼无人直升机在既定目标之间自主飞行,当受到某些输入扰动或者模型参数发生某些变化时,无人直升机仍然能够保持稳定,并且到达既定目标。 首先,分析了六旋翼无人直升机动力学特性,获得了无人直升机旋转动态方程和平移动态方程,并完成了对数学模型的简化工作。 然后,分别运用PI控制和LQ控制设计了无人直升机姿态控制系统,所得控制系统具备适当的稳定裕度。通过仿真姿态角控制过程测试了控制系统性能,尤其当无人直升机受到扰动时系统的稳定性,并且比较了PI控制与LQ控制结果。 其次,运用了PID控制与动态逆理论相结合的方法设计了无人直升机的高度位置控制系统,以及运用了鲁棒PD控制方法设计了其平面位置控制系统,所得飞行位置(高度位置和平面位置)控制系统具备适当的稳定裕度。通过仿真无人直升机在不同条件下的飞行控制过程测试和分析了位置控制系统性能。 最后,三维仿真六旋翼无人直升机飞行轨迹,满意的仿真结果验证了飞行控制系统设计的有效性。
【关键词】：六旋翼无人直升机 PID控制 LQ控制 动态逆
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-14
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 六旋翼无人直升机国内外发展现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 2 六旋翼无人直升机模型分析14-21
• 2.1 六旋翼无人直升机结构分析14-15
• 2.2 六旋翼无人直升机的姿态角15-16
• 2.3 建模条件假设16
• 2.4 Newton-Euler公式构建模型16-20
• 2.4.1 Newton-Euler第一定律16-18
• 2.4.2 Newton-Euler第二定律18-19
• 2.4.3 无人直升机动力学模型19-20
• 2.5 小结20-21
• 3 飞行控制设计21-33
• 3.1 飞行控制系统要求21
• 3.2 飞行控制系统总体结构21-22
• 3.3 姿态角控制系统22-27
• 3.3.1 基于PID的姿态角控制23-25
• 3.3.2 基于LQ的姿态角控制25-27
• 3.4 位置控制系统27-32
• 3.4.1 高度位置控制27-29
• 3.4.2 平面位置控制29-32
• 3.5 小结32-33
• 4 飞行控制系统功能限制及注意事项33-39
• 4.1 旋翼旋转速度限制33
• 4.2 平面位置(x,y)控制中的偏航角33-34
• 4.3 姿态角大小限制34
• 4.4 系统响应时间限制34
• 4.5 旋转力矩和升力到旋翼旋转速度的转换34-35
• 4.6 控制系统的容错性35-39
• 5 飞行控制仿真39-71
• 5.1 姿态角控制仿真39-47
• 5.1.1 仿真测试1：无扰动环境下系统响应39-41
• 5.1.2 仿真测试2：扰动环境下系统响应41-44
• 5.1.3 仿真测试3：模型参数波动环境下系统响应44-47
• 5.2 高度位置控制仿真47-52
• 5.2.1 仿真测试1：无扰动环境下系统响应48-49
• 5.2.2 仿真测试2：扰动环境下系统响应49-51
• 5.2.3 仿真测试3：模型参数波动环境下系统响应51-52
• 5.3 平面位置(x,y)控制仿真52-59
• 5.3.1 仿真测试1：无扰动环境下系统响应52-54
• 5.3.2 仿真测试2：扰动环境下系统响应54-56
• 5.3.3 仿真测试3：模型参数波动环境下系统响应56-59
• 5.4 三维空间运动仿真59-70
• 5.4.1 仿真测试1：无扰动环境下系统响应59-63
• 5.4.2 仿真测试2：扰动环境下系统响应63-67
• 5.4.3 仿真测试3：姿态角饱和限制和临时变更指令环境下系统响应67-70
• 5.5 小结70-71
• 6 总结与展望71-72
• 6.1 作总结71
• 6.2 进一步工作和研究展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 隆昌菊;;伪逆矩阵与线性方程组[J];重庆职业技术学院学报;2006年06期

2 聂博文;马宏绪;王剑;王建文;;微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术[J];电光与控制;2007年06期

3 王俊生;马宏绪;蔡文澜;税海涛;聂博文;;基于ADRC的小型四旋翼无人直升机控制方法研究[J];弹箭与制导学报;2008年03期

4 符冰;方宗德;侯宇;;一种新型微旋翼飞行器的设计与控制[J];航空制造技术;2006年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 吴剑;碟形无人直升机总体设计技术研究[D];南京航空航天大学;2004年

2 杜金刚;基于动态逆方法的飞行控制系统设计与仿真[D];西北工业大学;2006年

3 王树刚;四旋翼直升机控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 单海燕;四旋翼无人直升机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2008年

5 彭贞慧;小型四旋翼无人直升机控制系统设计[D];南京理工大学;2010年

6 杨建旭;四旋翼无人直升机控制系统的研究[D];天津理工大学;2012年

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本文编号：333641