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无人直升机前飞状态飞行控制律设计技术研究

作　者: 周立冬
导　师: 黄一敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无人直升机 前飞 飞行控制 线性模型组 飞行模态 等效仿真
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 135次
引　用: 4次
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内容摘要


无人直升机具有独特的飞行能力,兼有无人机与直升机的共同优点,具有重要的军事和民用价值。全过程飞行包线可分为悬停/小速度和前飞两大主要情形,本文在悬停/小速度控制技术研究的基础上,进一步对前飞状态控制技术进行研究,有效地解决前飞状态飞行控制难点,从而增强无人直升机前飞状态飞行能力。由于无人直升机的高阶、不稳定、非线性、强耦合以及高不确定性特点,动力学模型问题一直是飞行控制系统研究卡脖子问题。先进的FlightLab建模软件可以提供较为准确的非线性模型,但在工程应用方面具有众多不方便,因此本文采用了线性模型组方法来近似代替非线性模型,从而满足控制系统设计与工程应用要求。根据无人直升机前飞状态的飞行特点,本文定义了前飞状态纵向、横侧向飞行模态,进而提出了纵向、横侧向控制策略与方案。依据纵向、横侧向控制方案,设计了纵向、横侧向基本控制律,在此基础上实现了纵向、横侧向飞行模态功能。改进了原有的等效仿真环境。论文中去除了原先的等效仿真软件部分,留下模型与等效飞控软件部分,并将两部分融合构成新的等效仿真软件,等效仿真软件与遥控遥测软件组合构成等效仿真环境。设计了前飞控制系统验证的样例航路,进行样例航路的无人直升机自主航线飞行仿真。通过仿真与试飞数据在关键量上的对比,验证了线性模型组方法代替非线性模型的可行性;通过无风与有风情形下仿真数据对比,验证了前飞控制律设计的正确性与鲁棒性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
图表清单  9-12
注释表  12-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 引言  13
  1.2 无人直升机前飞控制概述  13-15
    1.2.1 前飞控制需求  14-15
    1.2.2 前飞控制难点  15
  1.3 研究背景  15-18
    1.3.1 国内研究现状  15-16
    1.3.2 实验室研究成果  16-17
    1.3.3 存在的主要问题  17-18
  1.4 论文结构安排  18-20
第二章 前飞控制律研究方案  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 前飞数学模型  20-21
    2.2.1 线性模型组方法  20-21
    2.2.2 工作点选取思路  21
  2.3 飞行模态  21-23
    2.3.1 纵向飞行模态  22
    2.3.2 横侧向飞行模态  22-23
  2.4 控制策略与方案  23-29
    2.4.1 物理过程分析  23-24
    2.4.2 控制策略  24-26
    2.4.3 控制方案  26-29
  2.5 仿真验证环境  29-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章 前飞数学模型实现  31-38
  3.1 引言  31
  3.2 模型的配平及线性化  31-32
  3.3 对象特性分析  32-35
    3.3.1 自然特性分析  32
    3.3.2 耦合性分析  32-34
    3.3.3 频域特性分析  34-35
    3.3.4 线性模型与非线性模型的比较  35
  3.4 模型的仿真实现  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 前飞基本控制律设计  38-60
  4.1 引言  38
  4.2 前飞纵向控制律  38-48
    4.2.1 俯仰控制  38-42
    4.2.2 空速控制  42-45
    4.2.3 高度控制  45-48
  4.3 前飞横侧向控制律  48-59
    4.3.1 滚转控制  49-52
    4.3.2 航迹控制  52-55
    4.3.3 航向控制  55-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 前飞功能模态实现  60-74
  5.1 引言  60
  5.2 纵向模态实现  60-65
    5.2.1 平飞  60-62
    5.2.2 爬升  62-63
    5.2.3 下降  63-65
  5.3 横侧向模态实现  65-73
    5.3.1 直飞  65-66
    5.3.2 左转弯  66-70
    5.3.3 右转弯  70-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章 仿真与试飞验证  74-87
  6.1 引言  74
  6.2 仿真验证设计  74-76
    6.2.1 仿真验证环境  74-75
    6.2.2 对比验证用例  75-76
  6.3 仿真对比验证  76-84
    6.3.1 纵向对比  76-80
    6.3.2 横侧向对比  80-83
    6.3.3 验证结论  83-84
  6.4 试飞对比验证  84-85
    6.4.1 纵向对比  84
    6.4.2 横侧向对比  84-85
    6.4.3 验证结论  85
  6.5 本章小结  85-87
第七章 总结与展望  87-89
  7.1 本文的主要工作  87-88
  7.2 后续研究工作展望  88-89
参考文献  89-92
致谢  92-93
在学期间的研究成果及发表的学术论文  93

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
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