本文關鍵詞：小型無人直升機建模和協(xié)調轉彎控制研究

  更多相關文章： 小型無人直升機 系統(tǒng)辨識 PID串級控制 協(xié)調轉彎控制 H_∞回路成形

【摘要】：小型無人直升機(SUH)因為體積小、質量輕、成本低、隱蔽性好、零傷亡等優(yōu)勢,以及可垂直起降、低空、后飛、側飛、懸停、協(xié)調轉彎等特殊飛行的特點,在軍事和民用領域具有極大的應用價值。而其高度非線性、強耦合、開環(huán)不穩(wěn)定、時變等特點,給建模和飛行控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。本文以“玉泉之翼”小型無人直升機為研究對象。搭建了飛行控制系統(tǒng)的硬件軟件平臺；建立了SUH的11階模型,辨識得到其參數(shù)；提出了協(xié)調轉彎的飛行控制策略,并實現(xiàn)了其自主協(xié)調轉彎飛行；設計了基于H_∞回路成形理論的控制器,提高了內環(huán)跟蹤性能。本文的主要工作及貢獻如下：1)根據(jù)需求,搭建了一套適合SUH飛行控制的實驗平臺,包括硬件平臺、軟件平臺和仿真平臺。該平臺具備足夠的計算能力、強實時性、可靠和易于拓展等性能。2)對SUH產(chǎn)生力和力矩的關鍵五部分進行建模,綜合得到其運動方程,線性小擾動方法得到其11階狀態(tài)空間方程。掃頻實驗得到數(shù)據(jù),系統(tǒng)辨識得到其參數(shù),并通過頻域、時域驗證所建模型的精確性。3)分析了協(xié)調轉彎的動力學原理,提出了協(xié)調轉彎的控制策略,設計了PID串級控制器。通過飛行實驗,優(yōu)化了參數(shù),改進了控制方案,最后實現(xiàn)了完整的協(xié)調轉彎飛行,實驗飛行數(shù)據(jù)表明：協(xié)調轉彎控制姿態(tài)穩(wěn)定,速度誤差在±0.5m/s以內,高度誤差在±1.2m以內,XY位置誤差在8%以內,水平曲線近似一個圓。驗證了該方案工程可實現(xiàn),控制器的可靠性和魯棒性良好。4)基于H_∞回路成形理論,對SUH高階模型設計了魯棒H_∞內環(huán)控制器,并對設計好的16階控制器進行了降維處理到7階,最后通過不同前飛速度下的模型,來驗證所設計控制器的魯棒性。仿真實驗表明：內環(huán)各個通道跟蹤速度快、穩(wěn)態(tài)誤差小、超調量小,并可實現(xiàn)通道間的解耦,前飛速度為8rn/s時,該控制器仍然具備良好的控制作用。
【關鍵詞】：小型無人直升機 系統(tǒng)辨識 PID串級控制 協(xié)調轉彎控制 H_∞回路成形
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V279
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11
• 1.2 無人直升機的發(fā)展和研究概況11-16
• 1.3 研究小型無人直升機的技術難點16-19
• 1.3.1 SUH的建模技術16-17
• 1.3.2 SUH的飛行控制技術17-19
• 1.4 論文主要內容和章節(jié)安排19-23
• 1.4.1 論文主要內容19-20
• 1.4.2 論文章節(jié)安排20-23
• 第二章 小型無人直升機的實驗平臺介紹23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 硬件平臺23-29
• 2.2.1 機體介紹23-24
• 2.2.2 飛行控制計算機24-27
• 2.2.3 導航子系統(tǒng)27-28
• 2.2.4 飛行數(shù)據(jù)記錄儀28-29
• 2.3 軟件平臺29-32
• 2.3.1 DSP端開發(fā)設計29-30
• 2.3.2 FPGA端開發(fā)設計30-31
• 2.3.3 地面監(jiān)控子系統(tǒng)的軟件開發(fā)31-32
• 2.4 仿真平臺32
• 2.5 本章小結32-35
• 第三章 小型無人機的建模和參數(shù)辨識35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 SUH相關的坐標系35-37
• 3.2.1 坐標系的定義35-36
• 3.2.2 姿態(tài)角和坐標系變換36-37
• 3.3 小型無人直升機的建模37-41
• 3.3.1 SUH的動力學方程37-38
• 3.3.2 主旋翼和穩(wěn)定桿的揮舞建模38-39
• 3.3.3 SUH的綜合運動方程39-41
• 3.4 SUH參數(shù)辨識41-51
• 3.4.1 引言41
• 3.4.2 系統(tǒng)辨識和參數(shù)調整41-44
• 3.4.3 模型的頻域和時域驗證44-51
• 3.4.4 懸停工作點簡化模型51
• 3.5 本章小結51-53
• 第四章 基于PID串級控制的協(xié)調轉彎控制策略53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 協(xié)調轉彎設計原理53-54
• 4.2.1 動力學分析53-54
• 4.2.2 協(xié)調轉彎的設計難度54
• 4.3 控制器設計要求和方案54-56
• 4.3.1 控制器設計要求54-55
• 4.3.2 控制器總體框架介紹55-56
• 4.3.3 控制器設計方法和步驟56
• 4.4 控制器具體實現(xiàn)56-66
• 4.4.1 俯仰通道56-61
• 4.4.2 橫滾通道61-62
• 4.4.3 偏航通道62-64
• 4.4.4 垂向通道64-66
• 4.5 實驗結果分析和改進66-71
• 4.5.1 實驗場景66
• 4.5.2 實驗結果分析66-68
• 4.5.3 改進方案和最后結果68-71
• 4.6 本章小結71-73
• 第五章 H_∞回路成形控制器設計與仿真實驗73-93
• 5.1 H_∞回路成形的理論介紹73-79
• 5.1.1 H_∞魯棒控制問題73-76
• 5.1.2 回路成形理論76-78
• 5.1.3 H_∞回路成形的設計步驟78-79
• 5.2 小型無人直升機H_∞回路成形內環(huán)控制器的設計79-86
• 5.2.1 整體控制器的介紹79-80
• 5.2.2 SUH回路成形設計80-83
• 5.2.3 控制器的降階處理83-86
• 5.3 仿真實驗和控制器驗證86-92
• 5.3.1 仿真實驗86-89
• 5.3.2 控制器驗證89-92
• 5.4 本章小結92-93
• 第六章 總結與展望93-95
• 6.1 論文總結93-94
• 6.2 研究展望94-95
• 參考文獻95-99
• 作者簡介99
• 作者攻讀碩士期間完成的科研成果99

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王新民;肖亞輝;鄧婉;謝蓉;;某型固定翼飛機協(xié)調轉彎魯棒控制律設計[J];北京航空航天大學學報;2011年07期

2 王國才;;直升機協(xié)調轉彎機理分析及控制律設計[J];直升機技術;2013年01期

3 邢小軍;閆建國;;直升機全包線協(xié)調轉彎控制律設計及仿真[J];飛行力學;2011年01期

4 凌瓊;盧京潮;張家明;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡的直升機協(xié)調轉彎控制律設計[J];飛行力學;2008年03期

5 杜娟;李儼;;基于混合PID/H_∞的無人機協(xié)調轉彎控制律設計[J];飛行力學;2011年03期

6 ;[J];;年期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王軍;小型無人直升機建模和協(xié)調轉彎控制研究[D];浙江大學;2015年

，

本文編號：809658