本文關(guān)鍵詞：小型無人直升機(jī)的電子增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：小型無人直升機(jī)需要增穩(wěn)措施來提高其易操控性和抗干擾性,與采用希勒伺服旋翼和鎖尾陀螺儀的增穩(wěn)方案相比,采用電子增穩(wěn)系統(tǒng)可以免除機(jī)械希勒翼從而簡化旋翼頭結(jié)構(gòu),有效減少直升機(jī)的機(jī)械故障、維護(hù)成本與動(dòng)力耗損。本文圍繞電子增穩(wěn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)展開研究。首先對小型直升機(jī)進(jìn)行機(jī)理建模,通過簡化模型得到便于分析的直升機(jī)運(yùn)動(dòng)方程、主旋翼與希勒翼的揮舞運(yùn)動(dòng)方程等數(shù)學(xué)模型,為電子增穩(wěn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。然后定性分析了貝爾-希勒系統(tǒng)與鎖尾陀螺儀的工作原理,并對電子增穩(wěn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出要求。電子增穩(wěn)系統(tǒng)可以分為偏航控制器與滾轉(zhuǎn)-俯仰控制器。偏航控制器基本算法為PI控制,但常規(guī)PI控制不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)突變和緩變給定角速度的良好跟蹤,針對該問題提出了三種優(yōu)化算法:(1)增益調(diào)度PI控制算法、(2)改進(jìn)的積分限幅算法以及(3)為給定信號安排過渡過程的算法,并通過仿真驗(yàn)證了后兩種算法的有效性。采用偏航通道的模型,通過仿真驗(yàn)證了在PID參數(shù)整定方面簡單有效的IMC-PID控制器設(shè)計(jì)方法。滾轉(zhuǎn)-俯仰控制器又分為角速度控制模式與姿態(tài)控制模式。設(shè)計(jì)了基于貝爾-希勒系統(tǒng)模型的滾轉(zhuǎn)-俯仰角速度控制器,通過仿真探究了其各參數(shù)的作用,與常規(guī)PI控制器的仿真對比突出了貝爾-希勒型控制器更好的瞬態(tài)響應(yīng)性能。進(jìn)行了互補(bǔ)濾波姿態(tài)解算算法的推導(dǎo),設(shè)計(jì)了PD姿態(tài)控制器。最后介紹了本文實(shí)驗(yàn)平臺的組成,并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,提出仍可改進(jìn)的地方。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本文電子增穩(wěn)系統(tǒng)算法的有效性,所設(shè)計(jì)的電子增穩(wěn)系統(tǒng)算法豐富了實(shí)驗(yàn)室的飛控系統(tǒng),優(yōu)化了小型無人直升機(jī)平臺。
【關(guān)鍵詞】：小型無人直升機(jī) 電子增穩(wěn)系統(tǒng) 鎖尾陀螺儀 無副翼系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 增穩(wěn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 貝爾-希勒系統(tǒng)建模的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 電子增穩(wěn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)14-15
• 1.4 課題來源15-16
• 第二章 小型直升機(jī)的建模研究16-39
• 2.1 基本數(shù)學(xué)概念16-21
• 2.1.1 坐標(biāo)系定義16
• 2.1.2 旋轉(zhuǎn)變換陣16-17
• 2.1.3 歐拉角17-19
• 2.1.4 四元數(shù)19-21
• 2.2 直升機(jī)操控方法21
• 2.3 直升機(jī)基本運(yùn)動(dòng)方程21-24
• 2.4 小型直升機(jī)的氣動(dòng)力學(xué)建模24-37
• 2.4.1 誘導(dǎo)速度24-25
• 2.4.2 葉素原理25-27
• 2.4.3 主旋翼建模27-31
• 2.4.3.1 主旋翼結(jié)構(gòu)及控制輸入27-28
• 2.4.3.2 主旋翼的揮舞運(yùn)動(dòng)學(xué)28-31
• 2.4.4 貝爾-希勒系統(tǒng)建模31-35
• 2.4.4.1 貝爾系統(tǒng)建模31-32
• 2.4.4.2 希勒系統(tǒng)建模32-34
• 2.4.4.3 貝爾-希勒系統(tǒng)模型整合34-35
• 2.4.5 旋翼的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩35-37
• 2.5 時(shí)延因素37-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 電子增穩(wěn)系統(tǒng)的需求分析39-43
• 3.1 傳統(tǒng)增穩(wěn)系統(tǒng)的功能39-40
• 3.2 電子增穩(wěn)系統(tǒng)40-41
• 3.3 電子增穩(wěn)系統(tǒng)要求分析41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 偏航控制器設(shè)計(jì)43-59
• 4.1 偏航通道系統(tǒng)辨識44-46
• 4.2 鎖尾模式算法46-49
• 4.2.1 現(xiàn)場調(diào)試法進(jìn)行參數(shù)整定48-49
• 4.3 鎖尾模式的優(yōu)化算法49-56
• 4.3.1 增益調(diào)度PI控制49-51
• 4.3.2 改進(jìn)的積分限幅算法51-54
• 4.3.3 為給定信號安排過渡過程54-56
• 4.4 IMC-PID算法仿真56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 滾轉(zhuǎn)-俯仰控制器設(shè)計(jì)59-78
• 5.1 滾轉(zhuǎn)-俯仰通道系統(tǒng)辨識59-62
• 5.2 角速度控制算法62-70
• 5.2.1 貝爾-希勒型控制器62-64
• 5.2.2 貝爾-希勒型控制器參數(shù)的作用64-67
• 5.2.3 貝爾-希勒型控制器與PI控制器的對比67-69
• 5.2.4 貝爾-希勒型控制器參數(shù)預(yù)整定69-70
• 5.3 姿態(tài)控制算法70-77
• 5.3.1 姿態(tài)控制中的姿態(tài)的獲取70-75
• 5.3.2 完整控制量的計(jì)算75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 實(shí)驗(yàn)平臺的搭建與實(shí)驗(yàn)結(jié)果78-92
• 6.1 實(shí)驗(yàn)平臺的搭建78-84
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)直升機(jī)的選擇79-80
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)80-81
• 6.1.3 實(shí)驗(yàn)平臺硬件介紹81-83
• 6.1.4 實(shí)驗(yàn)平臺軟件介紹83
• 6.1.5 其他相關(guān)功能83-84
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果84-91
• 6.2.1 偏航鎖尾模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果84-88
• 6.2.2 滾轉(zhuǎn)-俯仰角速度控制器實(shí)驗(yàn)結(jié)果88-90
• 6.2.3 滾轉(zhuǎn)-俯仰姿態(tài)控制器實(shí)驗(yàn)結(jié)果90-91
• 6.3 本章小結(jié)91-92
• 結(jié)論92-95
• 參考文獻(xiàn)95-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果98-99
• 致謝99-100
• Ⅳ-2答辯委員會對論文的評定意見100

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本文編號：1108492