本文關(guān)鍵詞：小型直升機(jī)自適應(yīng)控制技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：小型直升機(jī)具有重量輕、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。與固定翼飛機(jī)相比,可以完成懸停、垂直起降、機(jī)動(dòng)飛行等任務(wù)。憑借自身特性,小型無人直升機(jī)引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣,并且在軍用和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要研究小型無人直升機(jī)飛行控制算法,并通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)所設(shè)計(jì)的飛行控制算法進(jìn)行了驗(yàn)證。本文研究的主要內(nèi)容如下:1.從工程應(yīng)用出發(fā),忽略狀態(tài)變量間的耦合,對(duì)直升機(jī)狀態(tài)方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化,得到了簡(jiǎn)化的四通道模型;2.在分析了小型直升機(jī)工作和結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)導(dǎo)航計(jì)算和飛行控制的需要,采用DSP+ARM的雙處理器硬件結(jié)構(gòu),DSP負(fù)責(zé)組合導(dǎo)航計(jì)算,ARM運(yùn)行飛行控制程序并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào),并設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相關(guān)硬件平臺(tái);3.在分析多個(gè)飛行模態(tài)的控制需求的基礎(chǔ)上,綜合考慮位置、速度和姿態(tài)等飛行參數(shù)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系,設(shè)計(jì)了位置制導(dǎo),速度和姿態(tài)串聯(lián)的串級(jí)PID控制器,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了算法的有效性和穩(wěn)定性;4.開展了直升機(jī)抗干擾控制方法研究。將常值風(fēng)視為外界擾動(dòng),在不改變串級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分別對(duì)姿態(tài)內(nèi)環(huán)加入加速度前饋和利用模糊算法在線調(diào)節(jié)速度環(huán)的PID參數(shù)。并進(jìn)行了對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明改進(jìn)后算法能夠使直升機(jī)在懸停階段具有更好的擾動(dòng)抑制能力,環(huán)境適應(yīng)能力得到有效的提高。5.本文在半實(shí)物仿真平臺(tái)上,采用串級(jí)自適應(yīng)控制器使直升機(jī)完成全階段飛行任務(wù)。整個(gè)過程具有良好的控制精度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和控制算法均取得了預(yù)期的效果。上述研究工作表明,本文構(gòu)建的半實(shí)物仿真平臺(tái)可以完成飛行算法的驗(yàn)證,并簡(jiǎn)化從仿真到實(shí)踐的過程。此外,采用前饋和自適應(yīng)算法結(jié)合的思想,可以有效地提高無人機(jī)的抑制擾動(dòng)以及環(huán)境適應(yīng)能力。
【關(guān)鍵詞】：小型直升機(jī) 飛行控制系統(tǒng) 串級(jí)控制 自適應(yīng)算法 模糊PID控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V275.1;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 研究的背景及意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-13
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 無人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)13
• 1.3 課題基礎(chǔ)13-14
• 1.4 論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)14-15
• 第二章 小型直升機(jī)控制原理及模型簡(jiǎn)化15-21
• 2.1 小型直升機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理15-16
• 2.2 小型直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型16-20
• 2.2.1 常用坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換16-18
• 2.2.2 直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型18-19
• 2.2.3 直升機(jī)狀態(tài)方程19-20
• 2.3 小型直升機(jī)模型簡(jiǎn)化20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-31
• 3.1 飛行控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)21-24
• 3.1.1 對(duì)象分析21-22
• 3.1.2 需求分析22
• 3.1.3 飛行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)22-24
• 3.2 飛行控制系統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-25
• 3.3 ARM模塊電路25-27
• 3.3.1 ARM模塊結(jié)構(gòu)25
• 3.3.2 微處理器25-26
• 3.3.3 SD卡接口電路26
• 3.3.4 USB接口電路26-27
• 3.3.5 舵機(jī)控制電路27
• 3.4 DSP模塊電路27-29
• 3.4.1 DSP模塊結(jié)構(gòu)27
• 3.4.2 DSP芯片簡(jiǎn)介27-28
• 3.4.3 串口通訊電路28
• 3.4.4 I2C總線電路28-29
• 3.4.5 CAN總線電路29
• 3.5 實(shí)驗(yàn)成果29-30
• 3.6 本章小結(jié)30-31
• 第四章 飛行控制算法31-48
• 4.1 控制算法原理31-32
• 4.1.1 經(jīng)典PID控制算法31
• 4.1.2 串級(jí)控制器31-32
• 4.2 飛行控制器設(shè)計(jì)32-40
• 4.2.1 飛行控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-34
• 4.2.2 飛行控制器實(shí)現(xiàn)34-40
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果40-47
• 4.3.1 仿真平臺(tái)介紹40-42
• 4.3.2 仿真實(shí)驗(yàn)分析42-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 常值風(fēng)擾動(dòng)情況下懸停控制算法48-60
• 5.1 常值風(fēng)擾動(dòng)對(duì)直升機(jī)的影響48
• 5.2 常值風(fēng)擾動(dòng)下的控制算法研究48-57
• 5.2.1 姿態(tài)-加速度前饋控制48-50
• 5.2.2 速度-模糊PID控制50-57
• 5.3 懸停對(duì)比仿真57-59
• 5.3.1 常規(guī)PID與加速度前饋控制對(duì)比57-58
• 5.3.2 常規(guī)PID、加速度前饋和模糊PID控制對(duì)比58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 致謝65-66
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1021097