学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

四旋翼无人直升机飞行控制技术研究

作　者: 单海燕
导　师: 王道波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 四旋翼无人直升机动力学模型飞行控制系统动态逆控制变结构控制
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 945次
引　用: 10次
阅　读: 论文下载

内容摘要

四旋翼无人直升机是一种外型新颖结构简单的无人机,具有一定的军事和民用价值。针对四旋翼无人直升机的独特性能,重点研究了其数学建模以及飞行控制律的设计问题。尝试采用动态逆和变结构控制相结合的方法设计四旋翼无人直升机飞行控制律。首先,分析了四旋翼无人直升机的特点和飞行运动方式,建立了其六自由度动力学模型,并详细分析了其动力学特性。其次,应用经典控制方法设计了四旋翼无人直升机的飞行控制律。然后,根据时间尺度理论,将四旋翼无人直升机飞行控制系统划分为快变量、较快变量和慢变量三个子系统。分别对三个子系统应用动态逆控制,动态逆控制虽然可以得到较好的动态特性,但鲁棒性能较差。为了使所设计的系统能够抗气动参数的不确定性和外界扰动的影响,在应用动态逆理论进行线性化后,应用变结构控制提高系统的鲁棒性。整个系统的控制律设计简单,易于工程实现。最后,通过仿真实验表明,非线性动态逆是一种精确线性化方法,若模型足够精确,这种方法在理论上将会收到很好的控制效果。但实际系统不可避免的存在参数摄动和扰动,其控制效果不够理想。变结构控制方法的引入很好地解决了这一问题。动态逆和变结构控制相结合的控制律具有良好的动态特性、跟踪特性和鲁棒特性,应用这种方法设计四旋翼无人直升机飞行控制系统是可行和有效的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-19
  1.1 课题研究背景及其意义  13-14
  1.2 四旋翼无人直升机的国内外发展现状  14-15
  1.3 动态逆控制理论概述  15-16
  1.4 变结构控制理论概述  16-17
    1.4.1 变结构控制理论的起源及发展  16-17
    1.4.2 变结构控制的应用  17
  1.5 本文的主要研究内容  17-19
第二章四旋翼无人直升机的数学模型  19-36
  2.1 四旋翼无人直升机的结构配置及特点分析  19-21
  2.2 四旋翼无人机的飞行运动控制方式及特点  21-23
  2.3 四旋翼无人直升机的动力学方程  23-29
    2.3.1 坐标系定义及其转换关系  23-24
    2.3.2 四旋翼无人直升机动力学微分方程  24-27
    2.3.3 旋翼的气动力和力矩分析  27-28
    2.3.4 三维空间总的动力学方程  28-29
  2.4 四旋翼无人直升机的动力学特性分析  29-35
    2.4.1 稳定性分析  29-31
    2.4.2 操纵性分析  31-32
    2.4.3 耦合性分析  32-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章基于经典控制理论的四旋翼无人机飞行控制律设计  36-46
  3.1 四旋翼无人机飞行控制系统结构分析  36-37
  3.2 基于经典控制理论的四旋翼无人机飞行控制律设计  37-41
    3.2.1 旋翼转速控制律设计  37-38
    3.2.2 姿态回路控制律设计  38-40
    3.2.3 位置回路控制律设计  40-41
  3.3 飞行控制系统仿真分析  41-45
    3.3.1 旋翼转速控制回路仿真与分析  41-42
    3.3.2 姿态角控制回路仿真与分析  42-44
    3.3.3 位置控制回路仿真与分析  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章基于非线性动态逆的四旋翼无人机飞行控制律设计  46-69
  4.1 引言  46
  4.2 动态逆控制方法  46-51
    4.2.1 逆系统理论的基本概念  47-48
    4.2.2 逆系统的一般求解方法  48-50
      4.2.2.1 单变量系统的逆系统方法  48-49
      4.2.2.2 多变量系统的逆系统方法  49-50
    4.2.3 动态逆方法  50-51
  4.3 仿射非线性动态逆方法  51-53
  4.4 层叠结构非线性动态逆  53-54
  4.5 基于非线性动态逆的四旋翼无人机飞行控制律设计  54-66
    4.5.1 时标分离  54-55
    4.5.2 四旋翼无人机模型简化  55
    4.5.3 快回路动态逆控制律设计  55-60
      4.5.3.1 快回路控制律设计  55-57
      4.5.3.2 快回路仿真分析  57-60
    4.5.4 较快回路动态逆控制律设计  60-63
      4.5.4.1 较快回路控制律设计  60-61
      4.5.4.2 较快回路仿真分析  61-63
    4.5.5 慢回路动态逆控制律设计  63-66
      4.5.5.1 慢回路控制律设计  63-65
      4.5.5.2 慢回路仿真分析  65-66
  4.6 控制系统鲁棒性分析  66-68
  4.7 本章小结  68-69
第五章基于变结构理论的四旋翼无人机飞行控制律设计  69-92
  5.1 滑模变结构控制的基本概念  69-71
    5.1.1 滑动模态的概念  69-70
    5.1.2 滑模变结构控制的定义  70-71
    5.1.3 滑模变结构控制的特点  71
  5.2 滑模变结构控制的基本原理与基本性质  71-77
    5.2.1 滑动模态的存在条件  72
    5.2.2 滑动模态的到达条件  72
    5.2.3 等效控制  72-73
    5.2.4 滑模控制系统的不变性  73-74
    5.2.5 滑模变结构控制中的抖振问题  74-77
  5.3 滑模变结构控制系统  77-79
    5.3.1 切换函数的选择  77-78
    5.3.2 变结构控制的求取  78-79
  5.4 基于变结构控制的四旋翼无人机飞行控制律设计  79-84
    5.4.1 快回路变结构控制律设计  79-82
    5.4.2 较快回路变结构控制律设计  82-83
    5.4.3 慢回路变结构控制律设计  83-84
  5.5 仿真与分析  84-91
  5.6 本章小结  91-92
第六章总结和展望  92-94
  6.1 工作总结  92
  6.2 进一步工作和研究展望  92-94
参考文献  94-97
致谢  97-98
在学期间的研究成果及发表的学术论文  98

四旋翼无人直升机飞行控制技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文