小型無人直升機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、空中懸停、側(cè)飛和倒飛等功能的旋翼飛行器,相比于固定翼無人機(jī),其在執(zhí)行飛行任務(wù)的過程中具備更好的機(jī)動性和更大的靈活性,能夠用于空中偵察、森林火災(zāi)監(jiān)控、水上運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)噴灑以及地面測繪等領(lǐng)域,具有廣泛的應(yīng)用前景。因此,針對小型無人直升機(jī)的飛行控制問題成為了飛控領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。論文圍繞小型無人直升機(jī)的魯棒控制問題展開研究,建立了小型無人直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型,并研究了小型無人直升機(jī)存在建模誤差和外界干擾等因素影響下的魯棒飛行控制問題。論文主要研究內(nèi)容如下:首先,分析了小型無人直升機(jī)機(jī)體各部件的受力情況,根據(jù)機(jī)理建模方法建立了無人直升機(jī)的非線性動力學(xué)模型。為方便控制器設(shè)計,對所建立的非線性動力學(xué)模型進(jìn)行簡化處理,分別得到小型無人直升機(jī)的線性模型和非線性簡化模型。其次,研究了基于干擾觀測器和魯棒伺服LQR的小型無人直升機(jī)優(yōu)化控制。首先分析了小型無人直升機(jī)的耦合特性,在此基礎(chǔ)上,基于小擾動原理得到了解耦后的無人直升機(jī)線性模型。在原有LQR理論的基礎(chǔ)上,引入輸入信號的偏差積分量,采用伺服LQR方法設(shè)計控制器。同時,考慮無人直升機(jī)系統(tǒng)受到干擾作用影響,引入線性干擾觀測... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

“X-cell60”小型無人直升機(jī)

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文(2) 喬治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology, GIT)為促進(jìn)無人直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國際技術(shù)委員會于 1994 年提出舉辦空中機(jī)器人大賽，而第一屆舉辦地就是在喬治亞理工學(xué)院。GIT 不僅是空中機(jī)器人大賽的發(fā)源地，同時 GIT 也是眾多小型無人直升機(jī)研究機(jī)構(gòu)中佼佼者。如：GIT 研究小組開發(fā)的“GTMax”無人直升機(jī)平臺，可以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜的 3D 圖形環(huán)境下小型無人直升機(jī)基于視覺的自主飛行功能[7]。圖 1.2 (a)所示為 2007 年 GIT 參加國際空中機(jī)器人大賽所用的“GTMax”無人直升機(jī)，它能夠進(jìn)入未知的建筑內(nèi)部，通過視覺定位完成自主飛行，并將內(nèi)部環(huán)境圖像發(fā)送到外部設(shè)備。2009 年GIT 研究小組在“GTMax”直升機(jī)平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)了“GTQ”無人直升機(jī)，如圖 1.2(b)所示，相比于“GTMax”無人直升機(jī)，其最大的特色在于它是一款四旋翼小型無人直升機(jī)，飛行更加穩(wěn)定。毫無疑問，不管是國際空中機(jī)器人大賽的舉辦還是 GIT 研究小組自身的研究對小型無人直升機(jī)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。

(a)前翻滾飛行 (c)對尾圓周運(yùn)動(b)橫翻滾飛行 (d)對頭圓周運(yùn)動圖 1.3 小型無人直升機(jī)特技飛行展示(4) 南洋理工大學(xué)(NUS)隨著無人直升機(jī)研究熱度的不斷提高，越來越多的學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)加入此項(xiàng)研究中，其中南洋理工大學(xué)是其中之一。2003 年，陳本美教授提出采用頻域辨識方法來獲取小型無人直升機(jī)系統(tǒng)參數(shù)，同時模擬直升機(jī)的飛行環(huán)境，得到直升機(jī)的動態(tài)飛行特性，經(jīng)過多年的研究獲得了高精度的無人直升機(jī)仿真模型[9]。在此基礎(chǔ)上，研究小組將H 方法應(yīng)用于小型無人直升機(jī)的軌跡跟蹤控制器設(shè)計，仿真與實(shí)際飛行效果驗(yàn)證了上述辨識模型的準(zhǔn)確性與控制器的有效性。近年來，該小組也已成功開發(fā)了多款直升機(jī)飛控系統(tǒng)。圖 1.4 (a)為“BabyLion”小型無人直升機(jī)，該直升機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自主起飛、懸停、軌跡跟蹤和自主避障功能，圖 1.4(b)為“FeiLion”小型無人直升機(jī)，該直升機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境下的自主導(dǎo)航飛行和自主避障功能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一類量化非線性系統(tǒng)的指令濾波反推控制器設(shè)計及其在車輛懸掛系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 莊翩,於鑫.  中國科技論文. 2017(08)
[2]基于粒子群優(yōu)化的核極限學(xué)習(xí)機(jī)模型的風(fēng)電功率區(qū)間預(yù)測方法[J]. 楊錫運(yùn),關(guān)文淵,劉玉奇,肖運(yùn)啟.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2015(S1)
[3]基于PSO自整定PID控制器的柔性臂振動控制[J]. 曹青松,洪蕓蕓,周繼惠,王輝.  振動.測試與診斷. 2014(06)
[4]狀態(tài)受限的小小型型無人直升機(jī)軌跡跟蹤控制[J]. 周洪波,裴海龍,賀躍幫,孫太任.  控制理論與應(yīng)用. 2012(06)
[5]網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究綜述與展望[J]. 芮萬智,江漢紅,侯重遠(yuǎn).  信息與控制. 2012(01)
[6]無人機(jī)遙控駕駛關(guān)鍵技術(shù)研究與飛行品質(zhì)分析[J]. 丁團(tuán)結(jié),方威,王鋒.  飛行力學(xué). 2011(02)
[7]無人機(jī)飛行控制方法研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 李一波,李振,張曉東.  飛行力學(xué). 2011(02)
[8]采用LQR方法的縱列式直升機(jī)懸�？刂婆c仿真[J]. 張文明,代冀陽,吳劍.  微計算機(jī)信息. 2010(25)
[9]基于MIT規(guī)則的自適應(yīng)Unscented卡爾曼濾波及其在旋翼飛行機(jī)器人容錯控制的應(yīng)用[J]. 齊俊桐,韓建達(dá).  機(jī)械工程學(xué)報. 2009(04)
[10]基于LQR的直升機(jī)懸停控制律設(shè)計與仿真[J]. 劉勇,王新民,余翔.  計算機(jī)測量與控制. 2008(05)

博士論文
[1]小型無人直升機(jī)的建模與控制器設(shè)計[D]. 周洪波.華南理工大學(xué) 2011
[2]網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及量化控制研究[D]. 田恩剛.東華大學(xué) 2008
[3]超小型無人直升機(jī)飛控系統(tǒng)及自主滯空飛行的研究[D]. 高同躍.上海大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于自抗擾控制的小型無人直升機(jī)高度控制的研究與應(yīng)用[D]. 鄭立強(qiáng).華南理工大學(xué) 2016
[2]基于OpenGL的飛行視景仿真研究[D]. 張丹.北京郵電大學(xué) 2010
[3]多目標(biāo)優(yōu)化的粒子群算法及其應(yīng)用研究[D]. 陳紹新.大連理工大學(xué) 2007
[4]基于OpenGL的導(dǎo)彈飛行視景仿真研究[D]. 邵宇.哈爾濱工程大學(xué) 2007
[5]倒立擺系統(tǒng)LQR—模糊控制算法研究[D]. 宋西蒙.西安電子科技大學(xué) 2006
[6]小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究[D]. 王德宇.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005



本文編號：3126667