无人直升机悬停状态位置及航向控制技术研究

发布时间：2017-07-07 17:25

  本文关键词：无人直升机悬停状态位置及航向控制技术研究

  更多相关文章： 无人直升机 Rotorlib 悬停 位置控制 航向控制 等效飞控

【摘要】：悬停是无人直升机的飞行特色,也是最重要的飞行功能之一。原有飞行控制律解决了基本飞行问题,然而飞行性能不足。本文针对无人直升机悬停控制中几个亟需解决的问题,提出了改进方案。首先,针对课题组缺少置信度高、易用的数学模型的问题,本文研究了Rotorlib软件建模的方法,并针对其线性化的样例无人直升机高阶模型作降阶处理及对象特性分析,为控制律设计及仿真验证打下基础。其次,针对大气扰动下悬停位置精度不足的问题,本文提出了基于地速的位置控制,并形成两种悬停方式:地速悬停和基于地速的高精度悬停,满足了不同的悬停需求。其中基于地速的高精度悬停在大气扰动下的位置精度显著提高。针对悬停段原有航向控制对干扰适应性不足的问题,本文设计了一种基于指令内回路的航向控制方法。该结构以偏航角速率为控制核心,符合无人直升机的特性。对比分析表明改进航向控制加强了对航向干扰的适应性,航向通道的稳定性得到提高。接着,为了搭建控制律快速验证平台,本文设计了等效仿真环境,重点开发了等效飞控软件和仿真模型软件。等效飞控采用windows移植版的实时内核?cos-II,保证导航控制模块“等效”性。仿真模型软件基于二次封装的Rotor Lib模型库开发,提高了易用性。最后,综合对比验证控制律。综合仿真结果表明:本文设计的控制律提高了飞行性能,更适合样例无人直升机使用。悬停回转的试飞验证也表明了本文所设计的控制律的可行性。
【关键词】：无人直升机 Rotorlib 悬停 位置控制 航向控制 等效飞控
【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】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 悬停模态下的飞行控制难点15-16
• 1.3 研究现状16-19
• 1.3.1 国内外研究成果16-17
• 1.3.2 课题研究背景17-19
• 1.4 论文组织结构19-21
• 第二章 无人直升机建模与对象特性分析21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 ROTORLIB建模21-24
• 2.2.1 模型选取依据21-22
• 2.2.2 样例无人直升机配置22-24
• 2.3 模型降阶及其合理性分析24-29
• 2.3.1 模型降阶25-26
• 2.3.2 合理性分析26-29
• 2.4 对象特性分析29-34
• 2.4.1 模态分析29-31
• 2.4.2 耦合特性分析31-33
• 2.4.3 频域特性分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 原有位置控制律分析35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 原有位置控制律35-38
• 3.2.1 控制律总体架构35
• 3.2.2 姿态增稳回路35-37
• 3.2.3 位置控制回路37-38
• 3.3 原有位置控制抗风性能的不足38-44
• 3.3.1 常值风场对悬停的影响39-42
• 3.3.2 动态风场对悬停的影响42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 基于地速的位置控制律改进设计45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 控制结构45-47
• 4.2.1 地速控制回路45-47
• 4.2.2 位置控制回路47
• 4.3 控制律参数设计47-54
• 4.3.1 姿态增稳回路设计47-50
• 4.3.2 地速控制回路设计50-52
• 4.3.3 位置控制回路设计52-54
• 4.4 控制律对比分析54-60
• 4.4.1 控制机理分析对比54-55
• 4.4.2 非线性仿真对比55-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 航向控制律设计61-76
• 5.1 引言61
• 5.2 基于阻尼内回路的原有航向控制律性能分析61-64
• 5.2.1 控制结构61-62
• 5.2.2 影响航向控制性能的因素62-64
• 5.3 基于指令内回路的航向控制改进设计64-69
• 5.3.1 控制结构65-67
• 5.3.2 参数设计67-69
• 5.4 航向控制律对比分析69-75
• 5.4.1 控制性能对比69-74
• 5.4.2 航向容错性能分析74-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 等效仿真环境开发76-86
• 6.1 引言76
• 6.2 等效仿真环境76-78
• 6.2.1 开发思想76-77
• 6.2.2 总体架构77-78
• 6.3 模块软件的开发78-85
• 6.3.1 等效飞控开发78-80
• 6.3.2 Rotor Lib仿真模型开发80-83
• 6.3.3 通信协议设计83-85
• 6.4 本章小结85-86
• 第七章 综合验证86-94
• 7.1 引言86
• 7.2 综合仿真方案86-88
• 7.2.1 方案1仿真结果87
• 7.2.2 方案2仿真结果87-88
• 7.2.3 方案3仿真结果88
• 7.3 仿真模态详细对比88-92
• 7.3.1 小速度飞行88-90
• 7.3.2 悬停回转90-91
• 7.3.3 悬停着陆91-92
• 7.4 试飞验证92-93
• 7.5 本章小结93-94
• 第八章 总结与展望94-96
• 8.1 本文的主要工作94-95
• 8.2 后续工作的展望95-96
• 参考文献96-99
• 致谢99-100
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文100

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