无人直升机飞行控制及可视化飞行仿真平台的研究

发布时间：2017-09-05 19:01

  本文关键词：无人直升机飞行控制及可视化飞行仿真平台的研究

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【摘要】：无人直升机有很多自己独特的优势,这些优势让无人直升机被应用在军民的各个领域。然而,国内对于无人直升机的研究仍处于发展阶段,尤其是控制算法、三维可视化仿真等关键技术,仍有长足的发展空间。另一方面,无人直升机作为非线性、高耦合的复杂系统,动态稳定性差,受环境的干扰较大,这些特性都使得无人直升机很难被控制。因此,针对于无人直升机这种复杂系统进行研究在理论和实际应用中都是很有意义和必要的。国外早在上个世纪五十年代就开始了无人直升机的自主控制研究,诸如动态逆控制理论、自适应控制理论、神经网络控制理论等现代智能控制理论被应用于其中。然而,大部分的控制方法由于实现的复杂性和固有的局限性,仍未应用到实际飞行中。国内对于无人直升机的研究起步较晚,与国外的技术水平存在一定的差距。近几年来,无人机更是迅猛发展。因此,对无人直升机的自主控制研究显得尤为重要。PID控制器凭借其控制律简单、适用性强,成为了无人直升机的经典控制算法。然而,PID作为线性控制器应用于非线性系统,仅能在平衡点附近发挥较好的效果,因此,寻求一种适用于无人直升机的、高效全面、工程上又易于实现的控制算法迫在眉睫。本文首先建立直升机数学建模,然后设计独立的飞行控制器,实现姿态自稳定和轨迹跟踪飞行,并具备良好的抗干扰能力。文中所设计的自主控制器分为两个部分:姿态控制器和位置控制器。其中,姿态控制和高度控制采用CMAC-PID复合控制,而水平位置控制采用模糊控制,经过MATLAB仿真验证,该控制器能够取得良好的控制效果。传统的MATLAB仿真验证,不能直观、立体的反映飞行器的实际飞行情况。实物飞行验证调试,成本耗费大、危险系数高,不适用于无人直升机自主控制器的初期研究。本文基于OpenGL设计直升机的可视化仿真平台,结合本文设计的控制器,搭建控制与显示为一体的三维仿真系统,通过在线设计无人直升机的飞行轨迹,验证所设计控制器的控制性能。同时,在三维仿真平台中也预留了无线数传通信的接口,为未来实际飞行的可视化做好准备。
【关键词】：无人直升机 CMAC-PID 自主控制 三维仿真
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究工作的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 无人直升机控制方法及飞行仿真技术的发展13-15
• 1.4 本文主要内容安排及创新15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 无人直升机的数学模型17-30
• 2.1 小型无人直升机飞行平台17-19
• 2.2 无人直升机的坐标系系统19-22
• 2.2.1 直升机的坐标系系统19-21
• 2.2.2 各坐标系之间的转换21-22
• 2.3 无人直升机的操纵原理22-23
• 2.4 无人直升机的动力学分析23-25
• 2.4.1 无人直升机的组成23
• 2.4.2 无人直升机的动力学模型23-25
• 2.5 无人直升机的运动学分析25-28
• 2.5.1 直升机的平动方程26-27
• 2.5.2 直升机的转动方程27-28
• 2.6 直升机模型的线性化28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第三章 无人直升机的控制器设计30-43
• 3.1 总体控制设计30-31
• 3.2 姿态控制器设计31-38
• 3.2.1 姿态控制器总体设计31-32
• 3.2.2 姿态控制器设计32-38
• 3.2.2.1 PID控制器32-34
• 3.2.2.2 CMAC-PID复合控制34-37
• 3.2.2.3 姿态控制器稳定性分析37-38
• 3.3 位置控制器设计38-41
• 3.3.1 水平位置控制器设计39-41
• 3.3.2 高度控制器设计41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 无人直升机飞行仿真研究43-59
• 4.1 姿态控制器仿真验证44-54
• 4.1.1 PID控制器仿真验证44-52
• 4.1.2 CMAC-PID复合控制器仿真验证52-54
• 4.2 位置控制器仿真验证54-58
• 4.2.1 水平位置控制器仿真验证54-57
• 4.2.2 高度控制器验证57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 无人直升机的三维仿真平台设计59-75
• 5.1 系统开发的目的和内容59
• 5.2 系统的总体设计59-60
• 5.3 三维动画仿真平台的开发60-71
• 5.3.1 视景显示模块60-64
• 5.3.1.1 三维显示60-63
• 5.3.1.2 二维显示63-64
• 5.3.2 通信模块64-66
• 5.3.3 模型配置模块66-69
• 5.3.3.1 场景的绘制66-68
• 5.3.3.2 模型的导入68-69
• 5.3.4 人机交互模块69-70
• 5.3.5 漫游模块70
• 5.3.6 数据存取模块70
• 5.3.7 各模块之间的关系70-71
• 5.4 三维仿真平台操作流程及仿真结果71-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 全文总结与展望75-77
• 6.1 全文总结75
• 6.2 后期工作展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间取得的成果81-82

【共引文献】

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1 姚能民,刘西拉;系统集成和面向对象编程技术在桥梁CAD中的应用[J];四川建筑科学研究;2005年02期

2 刘强;人力资源管理信息系统的设计与分析[J];安徽卫生职业技术学院学报;2003年02期

3 卫国标;网络防火墙分析与实现[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2005年02期

4 李宝林;;基于刻面分类的信息检索匹配优化探讨[J];办公自动化;2010年22期

5 李毓辉,郭群山;VC++环境下的数据误差分析[J];兵工自动化;2004年02期

6 李大雨;刘新文;汪新兵;;无人机飞行仿真系统设计[J];兵工自动化;2009年07期

7 李大雨;刘新文;汪新兵;谢方明;;三维可视化地形图的设计与实现[J];兵工自动化;2009年11期

8 李大雨;刘新文;陈永明;;导弹试验可视化仿真系统[J];兵工自动化;2010年01期

9 张明珠;红外光纤甲烷监测系统的分析与设计[J];北京工业职业技术学院学报;2004年04期

10 孙艳丰;孔祥刚;张勇;文雯;;大坝浇筑进度可视化系统[J];北京工业大学学报;2009年10期

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1 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 洪东明;磁异常多参量可视化建模研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

3 刘有贵;GPS/GPRS车辆定位网络系统及故障在线检测技术研究[D];长春理工大学;2011年

4 童立;面向对象的水下声场仿真应用框架研究[D];西北工业大学;2002年

5 陈少强;一个以“移动立方体法”为关键技术的人机交互三维地质建模系统[D];中国地质大学（北京）;2003年

6 凌云;基于机器视觉的谷物外观品质检测技术研究[D];中国农业大学;2004年

7 高晓雷;SOZRSL软件需求规格说明语言及其求精[D];上海大学;2004年

8 陈斌;混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究[D];浙江大学;2005年

9 吴瑞明;数字化超声检测系统及关键技术研究[D];浙江大学;2004年

10 杨炯明;虚拟式旋转机械特征分析仪系统的研究与应用[D];重庆大学;2005年

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本文编号：799706