无人直升机的非线性鲁棒自适应抗扰控制
发布时间：2022-01-21 15:30
近年来,随着无人直升机的广泛应用和发展,关于无人直升机飞行控制问题的研究受到越来越多的学者和研究机构的广泛关注。一方面,无人直升机具有强非线性、强不确定和强耦合特性,给飞行控制系统设计带来很大的挑战;另一方面,由于任务复杂以及环境多变,给无人直升机飞行安全控制提出新的要求。本文主要针对无人直升机非线性系统的鲁棒自适应抗扰飞行控制问题开展研究,主要研究工作如下:首先,本文以无人直升机为研究对象,构造了非线性飞行动力学模型。主要利用叶素理论为无人直升机建立旋翼气动模型,并且还计算了尾桨、机身、平尾、垂尾处的气动力和气动力矩。同时为便于理论分析,充分考虑了阵风、紊流等气流干扰在无人直升机飞行过程中的影响。构建的非线性动力学模型为无人直升机鲁棒自适应抗扰飞行控制律设计打下基础。其次,为满足无人直升机大飞行包线的飞行任务要求,基于无人直升机非线性动力学模型,利用小扰动线性化方法构造多模态切换下的无人直升机线性系统模型。为克服气动参数不确定的影响,采用区域极点配置方法并结合切换系统稳定性分析方法,为无人直升机设计了多模态切换条件下带有区域极点配置的鲁棒控制律,实现了大包线范围内无人直升机多模态条件...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
美国“火力侦察兵”
图 1. 1 美国“火力侦察兵” 图 1. 2 以色列“斗牛士”图 1. 3 奥地利“S-100” 图 1. 4 俄罗斯“卡-137”自上个世纪 90 年代以来，随着信息技术和新型材料的发展，无人直升机也获得了前所未有的机遇和挑战，世界各国学者都投身于提高无人直升机飞行能力的创新研究[7]。卡耐基梅隆大学最早通过辨识方法对 Yamaha R50 无人直升机建立了精确数学模型，并基于此设计了一整套无人直升机飞行控制系统[8]。该无人直升机能够做到自主起飞、悬停、降落以及平滑的轨迹跟踪。麻省理工学院研制的无人直升机系统是首个实现倒转飞行的无人直升机系统[9]。该团队主要针对 Xcell-60 型飞行器结合动量理论建立分通道数学模型，并通过利用 LQR
图 1. 3 奥地利“S-100” 图 1. 4 俄罗斯“卡-137”自上个世纪 90 年代以来，随着信息技术和新型材料的发展，无人直升机也获得了前所未有的机遇和挑战，世界各国学者都投身于提高无人直升机飞行能力的创新研究[7]。卡耐基梅隆大学最早通过辨识方法对 Yamaha R50 无人直升机建立了精确数学模型，并基于此设计了一整套无人直升机飞行控制系统[8]。该无人直升机能够做到自主起飞、悬停、降落以及平滑的轨迹跟踪。麻省理工学院研制的无人直升机系统是首个实现倒转飞行的无人直升机系统[9]。该团队主要针对 Xcell-60 型飞行器结合动量理论建立分通道数学模型，并通过利用 LQR方法实现通道内稳定控制[10]。乔治亚理工学院曾在空中机器人大赛中多次取得冠军成绩，他们所研制的 Yamaha R-MAX 无人直升机飞行控制系统可以实现特定轨迹飞行并可以实现场景建模等高难度任务要求[11][12]。为抵消无人直升机自身建模不确定和外部扰动带来的影响，该团队还创造性的将神经网络自适应方法运用于控制器设计过程中[13]。这里还要提到的有斯坦福大学的研究团队率先结合了机器学习和增强式学习理论，将人工智能理论方法运用到飞行控制设计过程中[14]。并以此实现了倒立飞行、自旋着陆等一系列的复杂任务[15]。而加州伯克利分校所研制的无人直升机采用了非线性模型预测控制方法，融合了机器视觉以实现障碍物规避、目标跟踪等任务要求[16][17]。近些年来随着光学运动捕捉系统的发展，使
【参考文献】：
期刊论文
[1]变来流速度下旋翼翼型非定常气动特性分析[J]. 王清,招启军,赵国庆. 航空动力学报. 2017(02)
[2]火力侦察兵系列无人直升机[J]. 陈晶. 飞航导弹. 2017(02)
[3]直升机姿态与航迹非线性动态逆飞行控制模型[J]. 麻士东,杨国庆. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(12)
[4]小型无人直升机浸入–不变集自适应控制[J]. 姜鑫燃,鲜斌. 控制理论与应用. 2015(10)
[5]无人直升机动态逆时滞不确定鲁棒最优控制[J]. 孙文达,李平,方舟. 浙江大学学报(工学版). 2015(07)
[6]Anti-disturbance control of hypersonic flight vehicles with input saturation using disturbance observer[J]. CHEN Mou,REN BeiBei,WU QinXian,JIANG ChangSheng. Science China（Information Sciences）. 2015(07)
[7]具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[J]. 杨青运,陈谋. 控制理论与应用. 2015(01)
[8]共轴式无人直升机建模与鲁棒跟踪控制[J]. 袁夏明,朱纪洪,毛漫. 控制理论与应用. 2014(10)
[9]基于动态逆的直升机多变量鲁棒控制[J]. 刘晶,吴爱国,董娜,郭润夏. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(10)
[10]小型无人直升机姿态非线性鲁棒控制设计[J]. 鲜斌,古训,刘祥,王福,刘世博. 控制理论与应用. 2014(04)
博士论文
[1]非匹配扰动下小型无人直升机鲁棒飞行控制算法研究[D]. 方星.天津大学 2016
[2]小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D]. 贺跃帮.华南理工大学 2013
[3]基于模态分割方法的小型无人直升机动力学频域辨识建模[D]. 王冠林.清华大学 2012
[4]小型无人直升机的建模与控制器设计[D]. 周洪波.华南理工大学 2011
[5]旋翼非定常自由尾迹及高置信度直升机飞行力学建模研究[D]. 李攀.南京航空航天大学 2010
[6]无人直升机建模与控制技术研究[D]. 王小青.南京航空航天大学 2009
本文编号：3600528
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
美国“火力侦察兵”
图 1. 1 美国“火力侦察兵” 图 1. 2 以色列“斗牛士”图 1. 3 奥地利“S-100” 图 1. 4 俄罗斯“卡-137”自上个世纪 90 年代以来，随着信息技术和新型材料的发展，无人直升机也获得了前所未有的机遇和挑战，世界各国学者都投身于提高无人直升机飞行能力的创新研究[7]。卡耐基梅隆大学最早通过辨识方法对 Yamaha R50 无人直升机建立了精确数学模型，并基于此设计了一整套无人直升机飞行控制系统[8]。该无人直升机能够做到自主起飞、悬停、降落以及平滑的轨迹跟踪。麻省理工学院研制的无人直升机系统是首个实现倒转飞行的无人直升机系统[9]。该团队主要针对 Xcell-60 型飞行器结合动量理论建立分通道数学模型，并通过利用 LQR
图 1. 3 奥地利“S-100” 图 1. 4 俄罗斯“卡-137”自上个世纪 90 年代以来，随着信息技术和新型材料的发展，无人直升机也获得了前所未有的机遇和挑战，世界各国学者都投身于提高无人直升机飞行能力的创新研究[7]。卡耐基梅隆大学最早通过辨识方法对 Yamaha R50 无人直升机建立了精确数学模型，并基于此设计了一整套无人直升机飞行控制系统[8]。该无人直升机能够做到自主起飞、悬停、降落以及平滑的轨迹跟踪。麻省理工学院研制的无人直升机系统是首个实现倒转飞行的无人直升机系统[9]。该团队主要针对 Xcell-60 型飞行器结合动量理论建立分通道数学模型，并通过利用 LQR方法实现通道内稳定控制[10]。乔治亚理工学院曾在空中机器人大赛中多次取得冠军成绩，他们所研制的 Yamaha R-MAX 无人直升机飞行控制系统可以实现特定轨迹飞行并可以实现场景建模等高难度任务要求[11][12]。为抵消无人直升机自身建模不确定和外部扰动带来的影响，该团队还创造性的将神经网络自适应方法运用于控制器设计过程中[13]。这里还要提到的有斯坦福大学的研究团队率先结合了机器学习和增强式学习理论，将人工智能理论方法运用到飞行控制设计过程中[14]。并以此实现了倒立飞行、自旋着陆等一系列的复杂任务[15]。而加州伯克利分校所研制的无人直升机采用了非线性模型预测控制方法，融合了机器视觉以实现障碍物规避、目标跟踪等任务要求[16][17]。近些年来随着光学运动捕捉系统的发展，使
【参考文献】：
期刊论文
[1]变来流速度下旋翼翼型非定常气动特性分析[J]. 王清,招启军,赵国庆. 航空动力学报. 2017(02)
[2]火力侦察兵系列无人直升机[J]. 陈晶. 飞航导弹. 2017(02)
[3]直升机姿态与航迹非线性动态逆飞行控制模型[J]. 麻士东,杨国庆. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(12)
[4]小型无人直升机浸入–不变集自适应控制[J]. 姜鑫燃,鲜斌. 控制理论与应用. 2015(10)
[5]无人直升机动态逆时滞不确定鲁棒最优控制[J]. 孙文达,李平,方舟. 浙江大学学报(工学版). 2015(07)
[6]Anti-disturbance control of hypersonic flight vehicles with input saturation using disturbance observer[J]. CHEN Mou,REN BeiBei,WU QinXian,JIANG ChangSheng. Science China（Information Sciences）. 2015(07)
[7]具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[J]. 杨青运,陈谋. 控制理论与应用. 2015(01)
[8]共轴式无人直升机建模与鲁棒跟踪控制[J]. 袁夏明,朱纪洪,毛漫. 控制理论与应用. 2014(10)
[9]基于动态逆的直升机多变量鲁棒控制[J]. 刘晶,吴爱国,董娜,郭润夏. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(10)
[10]小型无人直升机姿态非线性鲁棒控制设计[J]. 鲜斌,古训,刘祥,王福,刘世博. 控制理论与应用. 2014(04)
博士论文
[1]非匹配扰动下小型无人直升机鲁棒飞行控制算法研究[D]. 方星.天津大学 2016
[2]小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D]. 贺跃帮.华南理工大学 2013
[3]基于模态分割方法的小型无人直升机动力学频域辨识建模[D]. 王冠林.清华大学 2012
[4]小型无人直升机的建模与控制器设计[D]. 周洪波.华南理工大学 2011
[5]旋翼非定常自由尾迹及高置信度直升机飞行力学建模研究[D]. 李攀.南京航空航天大学 2010
[6]无人直升机建模与控制技术研究[D]. 王小青.南京航空航天大学 2009
本文编号：3600528
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