倾转旋翼飞行器系统辨识与自适应控制研究
发布时间：2022-12-18 03:54
倾转旋翼飞行器在飞行过程中是一个时变的非线性系统,而且其飞行模式多样,飞行包线大,为了提高倾转旋翼飞行器的飞行安全性,维持其飞行过程的稳定性和安全性,其飞行过程的控制律设计问题十分关键。首先,本文建立了倾转旋翼飞行器的非线性模型,对非线性模型进行配平计算得到了全包线内各平衡工作点的线性模型,获取了倾转旋翼飞行器的先验知识,并针对倾转旋翼飞行动力学模型进行仿真实验设计。其次,本文通过分析飞行试验数据误差来源,针对常值偏差、尺度因子误差以及漂移误差等确定性误差,采用扩展卡尔曼滤波算法对飞行试验数据进行相容性检测与重构;针对噪声等不确定性误差,采用抗野值扩展卡尔曼滤波算法实现在线进行野值的剔除与补正。再次,通过对辨识算法进行分析,分析了离线辨识算法和在线辨识算法的适用性。通过对比采用频率响应辨识和子空间法以及预报误差法对倾转旋翼飞行器在直升机模式、过渡模式和飞机模式下进行离线辨识,并采用带遗忘因子增广最小二乘法进行倾转旋翼飞行器的在线辨识,实现内环动态逆控制在线自适应调整,完成自适应控制律设计。最后,本文基于MATLAB和FlinghtGear平台,通过对倾转旋翼飞行器在三个模式下进行离线辨...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 倾转旋翼飞行器飞行控制研究现状
1.2.2 自适应控制研究现状
1.2.3 系统辨识研究现状
1.3 本文研究内容和思路
第二章 倾转旋翼飞行器先验知识及飞行试验设计
2.1 倾转旋翼飞行器机理建模
2.1.1 参考坐标系
2.1.2 气动模型
2.1.3 六自由度动力学方程
2.1.4 非线性模型的配平计算
2.2 飞行仿真试验设计
2.2.1 FlightGear实验仿真平台简介
2.2.2 仿真实验设计
2.3 小结
第三章 飞行数据在线预处理与重构
3.1 飞行试验数据误差来源分析
3.2 数据相容性检测与重构
3.2.1 相容性检测方程
3.2.2 传感器模型
3.2.3 扩展卡尔曼滤波算法
3.2.4 算例
3.3 抗野值扩展卡尔曼滤波算法
3.4 本章小结
第四章 辨识算法研究
4.1 系统辨识原理
4.2 离线辨识
4.2.1 频率响应辨识
4.2.2 子空间法
4.2.3 预报误差法
4.3 在线辨识
4.3.1 EKF在线参数估计
4.3.2 BP神经网络模型辨识
4.3.3 带遗忘因子增广最小二乘
4.4 本章小结
第五章 倾转旋翼飞行器自适应飞行控制律设计
5.1 倾转旋翼飞行器控制律设计
5.1.1 倾转旋翼飞行器控制律结构设计
5.1.2 基于内外环回路的控制律设计
5.2 自适应控制律设计
5.2.1 在线自适应控制策略
5.2.2 直升机模式自适应控制律设计
5.2.3 飞机模式自适应控制律设计
5.2.4 过渡模式自适应控制律设计
5.3 全包线仿真验证
5.4 FlightGear可视化仿真验证
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]倾转旋翼飞行器的建模和操纵分配策略[J]. 夏青元,徐锦法,金开保. 航空动力学报. 2013(09)
[2]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)
[3]小型无人倾转旋翼机飞行控制系统设计(英文)[J]. 宋彦国,王焕瑾. Chinese Journal of Aeronautics. 2009(03)
[4]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)
[5]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)
[6]倾转旋翼飞行器飞行力学模型研究[J]. 宋彦国,王焕瑾,沙虹伟,徐敏. 空气动力学学报. 2008(02)
[7]倾转旋翼机过渡段最优飞行控制系统设计[J]. 凡永华,杨军,赖水清,徐敏. 飞行力学. 2007(01)
[8]无模型自适应控制的现状与展望[J]. 侯忠生. 控制理论与应用. 2006(04)
[9]双桨倾转旋翼飞行器的最优飞行控制[J]. 韩兵,孙兆年. 测控技术. 2005(01)
[10]直升机横侧稳定性试飞数据计算法[J]. 秦超敏,张西. 飞行力学. 1998(01)
博士论文
[1]无人倾转旋翼机飞行控制研究[D]. 郭剑东.南京航空航天大学 2013
[2]航天器姿态系统的自适应鲁棒控制[D]. 袁国平.哈尔滨工业大学 2013
[3]空天飞行器基于模糊理论的鲁棒自适应控制研究[D]. 王玉惠.南京航空航天大学 2008
硕士论文
[1]无人倾转旋翼机飞行力学建模与姿态控制技术研究[D]. 沙虹伟.南京航空航天大学 2007
本文编号：3721285
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 倾转旋翼飞行器飞行控制研究现状
1.2.2 自适应控制研究现状
1.2.3 系统辨识研究现状
1.3 本文研究内容和思路
第二章 倾转旋翼飞行器先验知识及飞行试验设计
2.1 倾转旋翼飞行器机理建模
2.1.1 参考坐标系
2.1.2 气动模型
2.1.3 六自由度动力学方程
2.1.4 非线性模型的配平计算
2.2 飞行仿真试验设计
2.2.1 FlightGear实验仿真平台简介
2.2.2 仿真实验设计
2.3 小结
第三章 飞行数据在线预处理与重构
3.1 飞行试验数据误差来源分析
3.2 数据相容性检测与重构
3.2.1 相容性检测方程
3.2.2 传感器模型
3.2.3 扩展卡尔曼滤波算法
3.2.4 算例
3.3 抗野值扩展卡尔曼滤波算法
3.4 本章小结
第四章 辨识算法研究
4.1 系统辨识原理
4.2 离线辨识
4.2.1 频率响应辨识
4.2.2 子空间法
4.2.3 预报误差法
4.3 在线辨识
4.3.1 EKF在线参数估计
4.3.2 BP神经网络模型辨识
4.3.3 带遗忘因子增广最小二乘
4.4 本章小结
第五章 倾转旋翼飞行器自适应飞行控制律设计
5.1 倾转旋翼飞行器控制律设计
5.1.1 倾转旋翼飞行器控制律结构设计
5.1.2 基于内外环回路的控制律设计
5.2 自适应控制律设计
5.2.1 在线自适应控制策略
5.2.2 直升机模式自适应控制律设计
5.2.3 飞机模式自适应控制律设计
5.2.4 过渡模式自适应控制律设计
5.3 全包线仿真验证
5.4 FlightGear可视化仿真验证
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]倾转旋翼飞行器的建模和操纵分配策略[J]. 夏青元,徐锦法,金开保. 航空动力学报. 2013(09)
[2]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)
[3]小型无人倾转旋翼机飞行控制系统设计(英文)[J]. 宋彦国,王焕瑾. Chinese Journal of Aeronautics. 2009(03)
[4]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)
[5]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)
[6]倾转旋翼飞行器飞行力学模型研究[J]. 宋彦国,王焕瑾,沙虹伟,徐敏. 空气动力学学报. 2008(02)
[7]倾转旋翼机过渡段最优飞行控制系统设计[J]. 凡永华,杨军,赖水清,徐敏. 飞行力学. 2007(01)
[8]无模型自适应控制的现状与展望[J]. 侯忠生. 控制理论与应用. 2006(04)
[9]双桨倾转旋翼飞行器的最优飞行控制[J]. 韩兵,孙兆年. 测控技术. 2005(01)
[10]直升机横侧稳定性试飞数据计算法[J]. 秦超敏,张西. 飞行力学. 1998(01)
博士论文
[1]无人倾转旋翼机飞行控制研究[D]. 郭剑东.南京航空航天大学 2013
[2]航天器姿态系统的自适应鲁棒控制[D]. 袁国平.哈尔滨工业大学 2013
[3]空天飞行器基于模糊理论的鲁棒自适应控制研究[D]. 王玉惠.南京航空航天大学 2008
硕士论文
[1]无人倾转旋翼机飞行力学建模与姿态控制技术研究[D]. 沙虹伟.南京航空航天大学 2007
本文编号：3721285
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