本文關鍵詞：無人直升機飛行控制及可視化飛行仿真平臺的研究

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【摘要】：無人直升機有很多自己獨特的優(yōu)勢,這些優(yōu)勢讓無人直升機被應用在軍民的各個領域。然而,國內(nèi)對于無人直升機的研究仍處于發(fā)展階段,尤其是控制算法、三維可視化仿真等關鍵技術,仍有長足的發(fā)展空間。另一方面,無人直升機作為非線性、高耦合的復雜系統(tǒng),動態(tài)穩(wěn)定性差,受環(huán)境的干擾較大,這些特性都使得無人直升機很難被控制。因此,針對于無人直升機這種復雜系統(tǒng)進行研究在理論和實際應用中都是很有意義和必要的。國外早在上個世紀五十年代就開始了無人直升機的自主控制研究,諸如動態(tài)逆控制理論、自適應控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡控制理論等現(xiàn)代智能控制理論被應用于其中。然而,大部分的控制方法由于實現(xiàn)的復雜性和固有的局限性,仍未應用到實際飛行中。國內(nèi)對于無人直升機的研究起步較晚,與國外的技術水平存在一定的差距。近幾年來,無人機更是迅猛發(fā)展。因此,對無人直升機的自主控制研究顯得尤為重要。PID控制器憑借其控制律簡單、適用性強,成為了無人直升機的經(jīng)典控制算法。然而,PID作為線性控制器應用于非線性系統(tǒng),僅能在平衡點附近發(fā)揮較好的效果,因此,尋求一種適用于無人直升機的、高效全面、工程上又易于實現(xiàn)的控制算法迫在眉睫。本文首先建立直升機數(shù)學建模,然后設計獨立的飛行控制器,實現(xiàn)姿態(tài)自穩(wěn)定和軌跡跟蹤飛行,并具備良好的抗干擾能力。文中所設計的自主控制器分為兩個部分:姿態(tài)控制器和位置控制器。其中,姿態(tài)控制和高度控制采用CMAC-PID復合控制,而水平位置控制采用模糊控制,經(jīng)過MATLAB仿真驗證,該控制器能夠取得良好的控制效果。傳統(tǒng)的MATLAB仿真驗證,不能直觀、立體的反映飛行器的實際飛行情況。實物飛行驗證調(diào)試,成本耗費大、危險系數(shù)高,不適用于無人直升機自主控制器的初期研究。本文基于OpenGL設計直升機的可視化仿真平臺,結合本文設計的控制器,搭建控制與顯示為一體的三維仿真系統(tǒng),通過在線設計無人直升機的飛行軌跡,驗證所設計控制器的控制性能。同時,在三維仿真平臺中也預留了無線數(shù)傳通信的接口,為未來實際飛行的可視化做好準備。
【關鍵詞】：無人直升機 CMAC-PID 自主控制 三維仿真
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究工作的背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 無人直升機控制方法及飛行仿真技術的發(fā)展13-15
• 1.4 本文主要內(nèi)容安排及創(chuàng)新15-16
• 1.5 本章小結16-17
• 第二章 無人直升機的數(shù)學模型17-30
• 2.1 小型無人直升機飛行平臺17-19
• 2.2 無人直升機的坐標系系統(tǒng)19-22
• 2.2.1 直升機的坐標系系統(tǒng)19-21
• 2.2.2 各坐標系之間的轉換21-22
• 2.3 無人直升機的操縱原理22-23
• 2.4 無人直升機的動力學分析23-25
• 2.4.1 無人直升機的組成23
• 2.4.2 無人直升機的動力學模型23-25
• 2.5 無人直升機的運動學分析25-28
• 2.5.1 直升機的平動方程26-27
• 2.5.2 直升機的轉動方程27-28
• 2.6 直升機模型的線性化28-29
• 2.7 本章小結29-30
• 第三章 無人直升機的控制器設計30-43
• 3.1 總體控制設計30-31
• 3.2 姿態(tài)控制器設計31-38
• 3.2.1 姿態(tài)控制器總體設計31-32
• 3.2.2 姿態(tài)控制器設計32-38
• 3.2.2.1 PID控制器32-34
• 3.2.2.2 CMAC-PID復合控制34-37
• 3.2.2.3 姿態(tài)控制器穩(wěn)定性分析37-38
• 3.3 位置控制器設計38-41
• 3.3.1 水平位置控制器設計39-41
• 3.3.2 高度控制器設計41
• 3.4 本章小結41-43
• 第四章 無人直升機飛行仿真研究43-59
• 4.1 姿態(tài)控制器仿真驗證44-54
• 4.1.1 PID控制器仿真驗證44-52
• 4.1.2 CMAC-PID復合控制器仿真驗證52-54
• 4.2 位置控制器仿真驗證54-58
• 4.2.1 水平位置控制器仿真驗證54-57
• 4.2.2 高度控制器驗證57-58
• 4.3 本章小結58-59
• 第五章 無人直升機的三維仿真平臺設計59-75
• 5.1 系統(tǒng)開發(fā)的目的和內(nèi)容59
• 5.2 系統(tǒng)的總體設計59-60
• 5.3 三維動畫仿真平臺的開發(fā)60-71
• 5.3.1 視景顯示模塊60-64
• 5.3.1.1 三維顯示60-63
• 5.3.1.2 二維顯示63-64
• 5.3.2 通信模塊64-66
• 5.3.3 模型配置模塊66-69
• 5.3.3.1 場景的繪制66-68
• 5.3.3.2 模型的導入68-69
• 5.3.4 人機交互模塊69-70
• 5.3.5 漫游模塊70
• 5.3.6 數(shù)據(jù)存取模塊70
• 5.3.7 各模塊之間的關系70-71
• 5.4 三維仿真平臺操作流程及仿真結果71-74
• 5.5 本章小結74-75
• 第六章 全文總結與展望75-77
• 6.1 全文總結75
• 6.2 后期工作展望75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-81
• 攻讀碩士學位期間取得的成果81-82

【共引文獻】

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本文編號：799706