共轴式无人直升机飞行控制律设计

发布时间：2017-08-13 07:09

  本文关键词：共轴式无人直升机飞行控制律设计

  更多相关文章： 共轴式无人直升机 控制律设计 根轨迹法 Simulink仿真

【摘要】：近几年来,随着农业技术不断的革新,绿色农业,精准农业等技术得以快速的发展,农业航空技术应用得到了越来越多人的重视。但是目前在农业喷洒作业方面,采用的固定翼飞机通常是有人驾驶的。固定翼飞机在进行喷洒作业时具有诸多限制,如固定翼飞机在进行喷洒作业时速度不能低于失速速度,考虑到飞行安全性喷洒作业高度不宜太低,固定翼飞机的起降需要专门的跑道等,综合以上因素,选用直升机更适合喷洒作业要求。共轴式直升机相比与传统直升机,具有载荷大、悬停时功耗较小、稳定性高的特点,特别适合具有有大载荷、低空低速飞行需要的农业喷洒作业任务。而随着计算机技术的快速发展,航空作业飞机向着无人的方向发展,因此,本文将共轴式无人直升机作为实验平台,以飞行控制理论为基础,进行了共轴式无人直升机数学模型的建立与飞行控制律设计。文章首先对共轴式无人直升机建模进行了理论推导,在进行旋翼建模时,加入了双旋翼气动干扰因子,运用刚体运动学方程推导出共轴式无人直升机全量非线性模型;采用小扰动理论,对建立的共轴式无人直升机数学模型进行线性化,再利用牛顿迭代法,将获得的线性化数学模型进行配平,为飞行控制律设计做了准备。随后,以共轴式无人直升机平衡状态点为参考,从纵向控制、横向控制、高度控制和位置控制这四大方面,对共轴式无人直升机飞行控制律设计进行了详细的阐述说明,利用Simulink建立控制律仿真模型,对所设计的飞行控制律进行仿真验证与调整,从各个方面的阶跃响应曲线图中可以看出,控制律参数选取比较合适,能够平稳的控制共轴式无人直升机,因此本设计具有较好的稳定性。文章最后,进行仿真飞行试验,通过分析试验数据,进一步验证了飞行控制律设计具有良好的品质,能够满足基本的飞行要求,加快了共轴式无人直升机在农用航空领域应用的步伐。
【关键词】：共轴式无人直升机 控制律设计 根轨迹法 Simulink仿真
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1;V279
【目录】：

• 摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 引言11-16
• 1.1 研究的目的与意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 共轴式直升机国内外研究现状11-13
• 1.2.2 共轴式直升机飞行控制国内外研究现状13-14
• 1.3 研究的主要内容14-15
• 1.4 小结15-16
• 2 飞行控制律设计方案16-21
• 2.1 飞行模态设计16
• 2.2 共轴式无人直升机控制律结构16-18
• 2.3 控制律的设计方法18-19
• 2.4 PID算法介绍19-20
• 2.5 小结20-21
• 3 共轴式无人直升机数学模型的建立21-31
• 3.1 直升机坐标系21-22
• 3.1.1 地面坐标系21
• 3.1.2 机体坐标系21-22
• 3.2 共轴式无人直升机动力学分析22-26
• 3.2.1 旋翼空气动力学24-25
• 3.2.2 旋翼挥舞运动分析25-26
• 3.2.3 机身气动分析26
• 3.2.4 平尾和垂尾气动分析26
• 3.3 直升机运动学分析26-27
• 3.4 共轴式无人直升机数学模型线性化及配平27-30
• 3.5 小结30-31
• 4 共轴式无人直升机飞行控制律设计31-50
• 4.1 共轴式无人直升机开环特性分析31-33
• 4.1.1 稳定性分析31
• 4.1.2 耦合性分析31-33
• 4.2 纵向控制律设计33-37
• 4.2.1 纵向增稳控制律设计34-36
• 4.2.2 纵向姿态控制律设计36-37
• 4.3 横向控制律设计37-42
• 4.3.1 横向增稳控制律设计37-39
• 4.3.2 横向姿态控制律设计39-40
• 4.3.3 航向姿态控制律设计40-42
• 4.4 高度控制律设计42-44
• 4.5 位置控制律设计44-49
• 4.5.1 纵向位置控制律设计44-46
• 4.5.2 横向位置控制律设计46-49
• 4.6 小结49-50
• 5 仿真与飞行试验50-61
• 5.1 模型搭建与仿真试验50-57
• 5.1.1 纵向控制律仿真50-52
• 5.1.2 横向控制律仿真52-53
• 5.1.3 偏航控制律仿真53-55
• 5.1.4 高度控制律仿真55
• 5.1.5 纵向位置控制律仿真55-56
• 5.1.6 横向位置控制律仿真56-57
• 5.2 共轴式无人直升机飞行试验57-60
• 5.2.1 飞控系统的组成57-58
• 5.2.2 仿真飞行试验58-60
• 5.3 小结60-61
• 6 结论与展望61-62
• 6.1 结论61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文65

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本文编号：666008