本文關(guān)鍵詞：無人直升機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 自適應(yīng)控制 模型跟蹤 解耦控制 半物理仿真 無人直升機 飛行控制計算機

【摘要】：無人直升機因具有獨特的飛行特點在軍事和民用領(lǐng)域上得到廣泛應(yīng)用。由于無人直升機是一個多變量、高度非線性、強耦合等高階復(fù)雜系統(tǒng),使得高性能無人直升機飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計面臨很大的挑戰(zhàn)。本文以模型直升機為研究對象,提出了由參考模型和跟隨模型相結(jié)合的新型自適應(yīng)姿態(tài)跟蹤控制方法。創(chuàng)新性設(shè)計了由DSP和XE167組成的雙CPU控制器,并基于該控制器,采用常規(guī)控制方法和本文提出的自適應(yīng)控制方法完成試飛對比實驗,從工程的角度驗證了新型自適應(yīng)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性,為今后進一步研究無人直升機大包線飛行和變旋翼轉(zhuǎn)速優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。首先,根據(jù)空氣動力學(xué)和運動學(xué)原理,采用分部件建模方法建立了無人直升機全量非線性數(shù)學(xué)模型�；谛_動法獲得線性化數(shù)學(xué)模型,并進行了耦合特性分析,為后續(xù)無人直升機解耦控制奠定了基礎(chǔ)。其次,從實際工程角度出發(fā),采用易于工程實現(xiàn)的不變性動態(tài)解耦方法對系統(tǒng)進行解耦控制,然后采用常規(guī)控制方法,分別進行姿態(tài)內(nèi)回路和位置外回路基本控制律的設(shè)計,并在半物理仿真平臺上驗證了控制律的正確性。再次,考慮測量噪聲、通道間耦合、配平誤差和氣動參數(shù)不確定性對無人直升機控制的影響,本文提出了由參考模型和跟隨模型相結(jié)合的新型自適應(yīng)姿態(tài)跟蹤控制方法,并進行可調(diào)參數(shù)收斂性分析,根據(jù)半物理仿真結(jié)果進行自適應(yīng)控制律的改進,引入了可自動淡入淡出的可變增益,解決了在自適應(yīng)學(xué)習(xí)后期測量噪聲對控制輸出的不利影響。半物理仿真結(jié)果驗證了改進后的自適應(yīng)控制器具有良好的姿態(tài)跟蹤性能。最后,本文結(jié)合DSP和單片機XE167的優(yōu)點,自主設(shè)計了一款移植性好、兼容性高、功能齊全的雙CPU飛行控制計算機系統(tǒng),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理和飛控計算的分離,完成了主要外圍模塊和控制器軟件的設(shè)計�；陔p核CPU控制器分別采用常規(guī)控制方法和新型自適應(yīng)控制方法進行了試飛驗證,結(jié)果表明新型自適應(yīng)控制方法比常規(guī)控制方法具有更加優(yōu)越的控制品質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)控制 模型跟蹤 解耦控制 半物理仿真 無人直升機 飛行控制計算機
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景和意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外無人直升機研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 無人直升機飛行控制技術(shù)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 本文研究的內(nèi)容及安排21-23
• 第二章 無人直升機數(shù)學(xué)建模23-36
• 2.1 常用坐標系定義23-25
• 2.2 無人直升機各部件氣動力模型25-30
• 2.2.1 主旋翼氣動力模型25-27
• 2.2.2 尾槳氣動力模型27-29
• 2.2.3 機身氣動力模型29
• 2.2.4 無人直升機重力分量29-30
• 2.3 無人直升機模型的建立30-31
• 2.3.1 無人直升機合外力及合力矩30
• 2.3.2 無人直升機運動學(xué)方程30-31
• 2.4 無人直升機配平及線性化31-33
• 2.4.1 無人直升機配平31-32
• 2.4.2 無人直升機小擾動線性化方程32-33
• 2.5 無人直升機耦合性分析33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第三章 無人直升機常規(guī)控制器設(shè)計及試驗驗證36-54
• 3.1 帶動態(tài)解耦的姿態(tài)內(nèi)回路控制律設(shè)計36-42
• 3.1.1 動態(tài)解耦系統(tǒng)設(shè)計36-39
• 3.1.2 增穩(wěn)回路控制律設(shè)計39
• 3.1.3 縱橫向姿態(tài)回路控制律設(shè)計39-41
• 3.1.4 航向姿態(tài)回路控制律設(shè)計41-42
• 3.2 位置外回路控制律設(shè)計42-45
• 3.2.1 高度保持回路控制律設(shè)計42-43
• 3.2.2 速度保持回路控制律設(shè)計43-44
• 3.2.3 定點懸�？刂坡稍O(shè)計44-45
• 3.3 半物理仿真驗證45-53
• 3.3.1 半物理仿真系統(tǒng)原理及組成45-48
• 3.3.2 姿態(tài)內(nèi)回路半物理仿真驗證48-51
• 3.3.3 位置外回路半物理仿真驗證51-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 無人直升機自適應(yīng)控制器設(shè)計及試驗驗證54-69
• 4.1 無人直升機姿態(tài)控制問題的描述54-55
• 4.2 自適應(yīng)姿態(tài)跟蹤控制器設(shè)計55-65
• 4.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計55-57
• 4.2.2 誤差補償器設(shè)計57-58
• 4.2.3 自適應(yīng)控制律設(shè)計58-61
• 4.2.4 可調(diào)參數(shù)收斂性分析61-63
• 4.2.5 半物理仿真驗證63-65
• 4.3 自適應(yīng)控制律改進65-68
• 4.3.1 改進后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖65-66
• 4.3.2 半物理仿真驗證66-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 基于雙CPU無人直升機控制器實現(xiàn)69-86
• 5.1 基于DSP和XE167雙核控制器設(shè)計69-74
• 5.1.1 DSP控制器設(shè)計70-71
• 5.1.2 XE167控制器設(shè)計71-74
• 5.2 主要外圍功能模塊設(shè)計74-77
• 5.2.1 傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計74-76
• 5.2.2 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)計76-77
• 5.2.3 執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計77
• 5.3 無人直升機飛行控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)77-81
• 5.3.1 數(shù)據(jù)采集軟件實現(xiàn)78-79
• 5.3.2 飛行控制軟件實現(xiàn)79-80
• 5.3.3 遙控遙測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)80-81
• 5.4 無人直升機飛行試驗驗證81-85
• 5.5 本章小結(jié)85-86
• 第六章 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 論文總結(jié)86-87
• 6.2 工作展望87-88
• 參考文獻88-92
• 致謝92-93
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

【參考文獻】

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本文編號：1047861