近年來,隨著無人直升機的廣泛應用和發(fā)展,關于無人直升機飛行控制問題的研究受到越來越多的學者和研究機構的廣泛關注。一方面,無人直升機具有強非線性、強不確定和強耦合特性,給飛行控制系統(tǒng)設計帶來很大的挑戰(zhàn);另一方面,由于任務復雜以及環(huán)境多變,給無人直升機飛行安全控制提出新的要求。本文主要針對無人直升機非線性系統(tǒng)的魯棒自適應抗擾飛行控制問題開展研究,主要研究工作如下:首先,本文以無人直升機為研究對象,構造了非線性飛行動力學模型。主要利用葉素理論為無人直升機建立旋翼氣動模型,并且還計算了尾槳、機身、平尾、垂尾處的氣動力和氣動力矩。同時為便于理論分析,充分考慮了陣風、紊流等氣流干擾在無人直升機飛行過程中的影響。構建的非線性動力學模型為無人直升機魯棒自適應抗擾飛行控制律設計打下基礎。其次,為滿足無人直升機大飛行包線的飛行任務要求,基于無人直升機非線性動力學模型,利用小擾動線性化方法構造多模態(tài)切換下的無人直升機線性系統(tǒng)模型。為克服氣動參數(shù)不確定的影響,采用區(qū)域極點配置方法并結(jié)合切換系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法,為無人直升機設計了多模態(tài)切換條件下帶有區(qū)域極點配置的魯棒控制律,實現(xiàn)了大包線范圍內(nèi)無人直升機多模態(tài)條件... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

美國“火力偵察兵”

圖 1. 1 美國“火力偵察兵” 圖 1. 2 以色列“斗牛士”圖 1. 3 奧地利“S-100” 圖 1. 4 俄羅斯“卡-137”自上個世紀 90 年代以來，隨著信息技術和新型材料的發(fā)展，無人直升機也獲得了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，世界各國學者都投身于提高無人直升機飛行能力的創(chuàng)新研究[7]�？突仿〈髮W最早通過辨識方法對 Yamaha R50 無人直升機建立了精確數(shù)學模型，并基于此設計了一整套無人直升機飛行控制系統(tǒng)[8]。該無人直升機能夠做到自主起飛、懸停、降落以及平滑的軌跡跟蹤。麻省理工學院研制的無人直升機系統(tǒng)是首個實現(xiàn)倒轉(zhuǎn)飛行的無人直升機系統(tǒng)[9]。該團隊主要針對 Xcell-60 型飛行器結(jié)合動量理論建立分通道數(shù)學模型，并通過利用 LQR

圖 1. 3 奧地利“S-100” 圖 1. 4 俄羅斯“卡-137”自上個世紀 90 年代以來，隨著信息技術和新型材料的發(fā)展，無人直升機也獲得了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，世界各國學者都投身于提高無人直升機飛行能力的創(chuàng)新研究[7]�？突仿〈髮W最早通過辨識方法對 Yamaha R50 無人直升機建立了精確數(shù)學模型，并基于此設計了一整套無人直升機飛行控制系統(tǒng)[8]。該無人直升機能夠做到自主起飛、懸停、降落以及平滑的軌跡跟蹤。麻省理工學院研制的無人直升機系統(tǒng)是首個實現(xiàn)倒轉(zhuǎn)飛行的無人直升機系統(tǒng)[9]。該團隊主要針對 Xcell-60 型飛行器結(jié)合動量理論建立分通道數(shù)學模型，并通過利用 LQR方法實現(xiàn)通道內(nèi)穩(wěn)定控制[10]。喬治亞理工學院曾在空中機器人大賽中多次取得冠軍成績，他們所研制的 Yamaha R-MAX 無人直升機飛行控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)特定軌跡飛行并可以實現(xiàn)場景建模等高難度任務要求[11][12]。為抵消無人直升機自身建模不確定和外部擾動帶來的影響，該團隊還創(chuàng)造性的將神經(jīng)網(wǎng)絡自適應方法運用于控制器設計過程中[13]。這里還要提到的有斯坦福大學的研究團隊率先結(jié)合了機器學習和增強式學習理論，將人工智能理論方法運用到飛行控制設計過程中[14]。并以此實現(xiàn)了倒立飛行、自旋著陸等一系列的復雜任務[15]。而加州伯克利分校所研制的無人直升機采用了非線性模型預測控制方法，融合了機器視覺以實現(xiàn)障礙物規(guī)避、目標跟蹤等任務要求[16][17]。近些年來隨著光學運動捕捉系統(tǒng)的發(fā)展，使

【參考文獻】：
期刊論文
[1]變來流速度下旋翼翼型非定常氣動特性分析[J]. 王清,招啟軍,趙國慶.  航空動力學報. 2017(02)
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[3]直升機姿態(tài)與航跡非線性動態(tài)逆飛行控制模型[J]. 麻士東,楊國慶.  華中科技大學學報(自然科學版). 2016(12)
[4]小型無人直升機浸入–不變集自適應控制[J]. 姜鑫燃,鮮斌.  控制理論與應用. 2015(10)
[5]無人直升機動態(tài)逆時滯不確定魯棒最優(yōu)控制[J]. 孫文達,李平,方舟.  浙江大學學報(工學版). 2015(07)
[6]Anti-disturbance control of hypersonic flight vehicles with input saturation using disturbance observer[J]. CHEN Mou,REN BeiBei,WU QinXian,JIANG ChangSheng.  Science China（Information Sciences）. 2015(07)
[7]具有輸入飽和的近空間飛行器魯棒控制[J]. 楊青運,陳謀.  控制理論與應用. 2015(01)
[8]共軸式無人直升機建模與魯棒跟蹤控制[J]. 袁夏明,朱紀洪,毛漫.  控制理論與應用. 2014(10)
[9]基于動態(tài)逆的直升機多變量魯棒控制[J]. 劉晶,吳愛國,董娜,郭潤夏.  華中科技大學學報(自然科學版). 2014(10)
[10]小型無人直升機姿態(tài)非線性魯棒控制設計[J]. 鮮斌,古訓,劉祥,王福,劉世博.  控制理論與應用. 2014(04)

博士論文
[1]非匹配擾動下小型無人直升機魯棒飛行控制算法研究[D]. 方星.天津大學 2016
[2]小型無人直升機魯棒非線性控制研究[D]. 賀躍幫.華南理工大學 2013
[3]基于模態(tài)分割方法的小型無人直升機動力學頻域辨識建模[D]. 王冠林.清華大學 2012
[4]小型無人直升機的建模與控制器設計[D]. 周洪波.華南理工大學 2011
[5]旋翼非定常自由尾跡及高置信度直升機飛行力學建模研究[D]. 李攀.南京航空航天大學 2010
[6]無人直升機建模與控制技術研究[D]. 王小青.南京航空航天大學 2009



本文編號：3600528