近年來,小型無人直升機(jī)以其機(jī)動(dòng)性高,靈活性強(qiáng)的優(yōu)勢,在民用和軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但是小型無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,具有強(qiáng)非線性和耦合性且開環(huán)不穩(wěn)定,同時(shí)它容易受到不確定因素的影響,導(dǎo)致機(jī)身產(chǎn)生振蕩。課題組基于小型無人直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析了其動(dòng)力學(xué)特性,發(fā)現(xiàn)直升機(jī)在配重失當(dāng)?shù)那闆r下,角速度會(huì)產(chǎn)生混沌振蕩,在實(shí)際中會(huì)導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生劇烈抖動(dòng),最終失控墜機(jī)。本文主要研究小型無人直升機(jī)的控制,尤其是系統(tǒng)產(chǎn)生混沌振蕩狀態(tài)的控制問題。通過對系統(tǒng)方程的合理簡化,構(gòu)建了直升機(jī)懸停和低速飛行時(shí)的數(shù)學(xué)模型,并分析了直升機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性,得到直升機(jī)的角速度混沌振蕩狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體極度不穩(wěn)定,因此本文分別設(shè)計(jì)滑模變結(jié)構(gòu)控制器（SMC）和高階微分反饋控制器（HODFC）對直升機(jī)的角速度混沌振蕩進(jìn)行控制。本文采用滑模變結(jié)構(gòu)控制策略,逐步設(shè)計(jì)了小型無人直升機(jī)各個(gè)子系統(tǒng)的滑模控制律,實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)位置和姿態(tài)的跟蹤控制。對角速度能夠產(chǎn)生混沌狀態(tài)的直升機(jī)進(jìn)行控制研究,得到以下結(jié)論:對尚未出現(xiàn)角速度混沌狀態(tài)的系統(tǒng),加載控制器可有效鎮(zhèn)定混沌振蕩的發(fā)生;對已出現(xiàn)角速度混沌狀態(tài)的系統(tǒng),加載控制器無法鎮(zhèn)定混沌振蕩,通過加載重新設(shè)計(jì)的角速度... 

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 小型無人直升機(jī)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 動(dòng)力學(xué)建模
        1.2.2 動(dòng)力學(xué)分析
        1.2.3 飛行控制算法
    1.3 小型無人直升機(jī)研究中存在的問題
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第二章 小型無人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型及姿態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
    2.1 坐標(biāo)系與坐標(biāo)變換
        2.1.1 坐標(biāo)系
            2.1.1.1 本地北東地坐標(biāo)系
            2.1.1.2 機(jī)體坐標(biāo)系
        2.1.2 坐標(biāo)變換
    2.2 小型無人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型
    2.3 小型無人直升機(jī)的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
        2.3.1 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
        2.3.2 角速度混沌狀態(tài)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 小型無人直升機(jī)的滑模變結(jié)構(gòu)控制
    3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制
        3.1.1 滑動(dòng)模態(tài)的定義
        3.1.2 指數(shù)趨近律
        3.1.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制的定義
    3.2 小型無人直升機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)
        3.2.1 控制器設(shè)計(jì)步驟
        3.2.2 控制器設(shè)計(jì)過程
            3.2.2.1 高度子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
            3.2.2.2 航向子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
            3.2.2.3 姿態(tài)解算模塊
            3.2.2.4 前向和側(cè)向子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
        3.2.3 懸停狀態(tài)仿真
    3.3 混沌無人直升機(jī)系統(tǒng)的控制
        3.3.1 尚未出現(xiàn)混沌情況下的姿態(tài)角控制
        3.3.2 出現(xiàn)混沌情況下的姿態(tài)角控制
        3.3.3 出現(xiàn)混沌情況下的角速度控制
    3.4 本章小結(jié)
第四章 小型無人直升機(jī)的高階微分反饋控制
    4.1 高階微分反饋控制
        4.1.1 存在外界干擾的SISO非線性仿射系統(tǒng)
        4.1.2 高階微分器
        4.1.3 非線性SISO系統(tǒng)的高階微分反饋控制器
    4.2 小型無人直升機(jī)高階微分反饋控制的設(shè)計(jì)
        4.2.1 控制器設(shè)計(jì)過程
            4.2.1.1 高度子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
            4.2.1.2 航向子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
            4.2.1.3 位置xP和yP子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
            4.2.1.4 姿態(tài)角子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)
        4.2.2 低速盤旋飛行仿真
        4.2.3 高階微分控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制的對比分析
            4.2.3.1 機(jī)身結(jié)構(gòu)改變的情況
            4.2.3.2 強(qiáng)外界干擾的情況
    4.3 混沌無人直升機(jī)系統(tǒng)的控制
        4.3.1 尚未出現(xiàn)混沌情況下的姿態(tài)角控制
        4.3.2 出現(xiàn)混沌情況下的姿態(tài)角控制
        4.3.3 出現(xiàn)混沌情況下的角速度控制
    4.4 本章小結(jié)
第五章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建
        5.1.1 小型電動(dòng)直升機(jī)
        5.1.2 無人直升機(jī)電子系統(tǒng)
        5.1.3 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和防護(hù)網(wǎng)
        5.1.4 手動(dòng)遙控實(shí)驗(yàn)
    5.2 控制器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        5.2.1 無人四旋翼數(shù)學(xué)模型
        5.2.2 高度控制實(shí)驗(yàn)
        5.2.3 航向角控制實(shí)驗(yàn)
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]小型無人直升機(jī)姿態(tài)混沌動(dòng)力學(xué)分析[J]. 齊國元,黃東輝.  天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
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[8]小型無人直升機(jī)浸入–不變集自適應(yīng)控制[J]. 姜鑫燃,鮮斌.  控制理論與應(yīng)用. 2015(10)
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博士論文
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[2]無人直升機(jī)建模與控制技術(shù)研究[D]. 王小青.南京航空航天大學(xué) 2009
[3]基于視覺信息的微小型無人直升機(jī)地標(biāo)識(shí)別與位姿估計(jì)研究[D]. 任沁源.浙江大學(xué) 2008
[4]非線性系統(tǒng)新型估計(jì)器及其在控制中的應(yīng)用[D]. 齊國元.南開大學(xué) 2004
[5]武裝直升機(jī)大機(jī)動(dòng)、高敏捷性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒自適應(yīng)飛行控制研究[D]. 張銳.南京航空航天大學(xué) 2002

碩士論文
[1]基于小型無人直升機(jī)的森林火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測與跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 劉雨曦.華南理工大學(xué) 2018
[2]微小型無人直升機(jī)角動(dòng)態(tài)的建模研究[D]. 劉斐.浙江大學(xué) 2008



本文編號：3698408