本文關(guān)鍵詞：小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)及其試驗(yàn)臺(tái)的研究

  更多相關(guān)文章： 小型無人直升機(jī) Simulink模型 滑模變結(jié)構(gòu)控制 MTC 半物理仿真試驗(yàn)臺(tái)

【摘要】：無人直升機(jī)垂直起降、定點(diǎn)懸停等獨(dú)特的飛行能力使其在各領(lǐng)域都具有無可替代的位置。小型無人直升機(jī)除具有直升機(jī)非線性、強(qiáng)耦合、自不穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)外，還具有自身的特點(diǎn)，如主旋翼轉(zhuǎn)速高、大部分帶有貝爾穩(wěn)定桿、更差的穩(wěn)定性與更強(qiáng)的靈敏性等。由于小型無人直升機(jī)的低成本、體積小等特點(diǎn)，使其更加貼近我們的生活，更多被選為研究對象。 小型無人直升機(jī)的自主飛行設(shè)計(jì)大致包含仿真、半物理仿真、試飛三個(gè)階段。本文涉及其中的前兩個(gè)部分。仿真階段文中以一款樣例小型無人直升機(jī)為研究對象，結(jié)合機(jī)理建模與辨識(shí)建模的方法，分模塊搭建了該小型無人直升機(jī)的Simulink模型。針對小型無人直升機(jī)各組成部分的特點(diǎn)，本文將直升機(jī)的飛行控制系統(tǒng)分為快速模態(tài)控制、中速模態(tài)控制與低速模態(tài)控制三個(gè)部分。其中，快速模態(tài)與中速模態(tài)部分應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，低速模態(tài)部分應(yīng)用一種針對二次積分模型的基于軌跡跟蹤的控制方法（MTC）。仿真驗(yàn)證表明，本文設(shè)計(jì)的這種混合飛行控制系統(tǒng)較PID控制器有明顯的性能改善。半物理仿真階段本文設(shè)計(jì)了一種小型無人直升機(jī)半物理仿真試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)包含有針對小型無人直升機(jī)的姿態(tài)模擬、地面效應(yīng)模擬和側(cè)風(fēng)模擬。試驗(yàn)臺(tái)采用新的模擬方法，可實(shí)現(xiàn)小型無人直升機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)上的真實(shí)打槳飛行，并通過試驗(yàn)臺(tái)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸獲得直升機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。 本文針對設(shè)計(jì)的飛行控制系統(tǒng)制定了多個(gè)環(huán)節(jié)的仿真驗(yàn)證方案，，結(jié)果表明其性能的優(yōu)越性及理論上的可行性。在半物理仿真試驗(yàn)臺(tái)部分，文中完成了對其的設(shè)計(jì)、選材及預(yù)算工作。這些都為今后實(shí)驗(yàn)室小型無人直升機(jī)自主飛行的研究提供參考與幫助。
【關(guān)鍵詞】：小型無人直升機(jī) Simulink模型 滑模變結(jié)構(gòu)控制 MTC 半物理仿真試驗(yàn)臺(tái)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 課題研究目的和意義10-12
• 1.3 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-17
• 1.3.1 無人直升機(jī)飛行控制方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-14
• 1.3.2 無人直升機(jī)試驗(yàn)臺(tái)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排17-19
• 第二章 直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 坐標(biāo)系19-20
• 2.2.1 地面坐標(biāo)系20
• 2.2.2 機(jī)體坐標(biāo)系20
• 2.3 小型無人直升機(jī)建模20-24
• 2.3.1 主旋翼力和力矩方程21-22
• 2.3.2 尾槳力和力矩方程22-23
• 2.3.3 機(jī)身、垂尾、平尾力和力矩方程23
• 2.3.4 直升機(jī)剛體運(yùn)動(dòng)方程23-24
• 2.4 直升機(jī)模型配平及線性化24-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 姿態(tài)環(huán)滑模控制器的設(shè)計(jì)28-34
• 3.2.1 快速模態(tài)滑�？刂破�29-30
• 3.2.2 中速模態(tài)滑模姿態(tài)控制器30-32
• 3.2.3 直升機(jī)偏航角 PID 控制器32
• 3.2.4 減小偏航通道與橫縱向通道耦合的控制32-34
• 3.3 速度環(huán)滑模控制器的設(shè)計(jì)34-36
• 3.4 位置環(huán) MTC 算法控制器的設(shè)計(jì)36-38
• 3.5 基于卡爾曼濾波的直升機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)器設(shè)計(jì)38-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 仿真及驗(yàn)證44-61
• 4.1 引言44
• 4.2 基于滑�？刂破鞯娘w控系統(tǒng)與 PID 控制器的飛控系統(tǒng)性能比較實(shí)驗(yàn)44-50
• 4.3 側(cè)風(fēng)比較實(shí)驗(yàn)50-52
• 4.3.1 懸停側(cè)風(fēng)比較50-51
• 4.3.2 前飛側(cè)風(fēng)比較51-52
• 4.4 簡單任務(wù)仿真實(shí)驗(yàn)52-57
• 4.4.1 直線段任務(wù)方案52-55
• 4.4.2 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎任務(wù)方案55-57
• 4.5 VR 視景仿真57-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第五章 小型無人直升機(jī)試驗(yàn)臺(tái)61-74
• 5.1 引言61-63
• 5.2 試驗(yàn)臺(tái)安裝平臺(tái)63-64
• 5.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)64-66
• 5.4 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)66-70
• 5.5 地面效應(yīng)模擬裝置與側(cè)風(fēng)模擬裝置70-72
• 5.6 試驗(yàn)臺(tái)最終成果及指標(biāo)72-73
• 5.6.1 試驗(yàn)臺(tái)最終成果72
• 5.6.2 試驗(yàn)臺(tái)主要指標(biāo)72-73
• 5.7 本章小結(jié)73-74
• 總結(jié)與展望74-77
• 1 本文的主要研究內(nèi)容與貢獻(xiàn)74-76
• 2 需要進(jìn)一步的研究工作76-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 附錄81-82
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單82-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊帆;熊笑;陳宗基;張平;;超小型直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的建模、辨識(shí)與驗(yàn)證[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2010年08期

2 劉家寧;陸宇平;;直升機(jī)的精確建模與仿真控制研究[J];飛機(jī)設(shè)計(jì);2007年02期

3 王賡;盛煥燁;呂恬生;王東;胡飛;;“天行者”小型無人直升機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];航空學(xué)報(bào);2008年S1期

4 王琦;劉勇;徐世錄;;無人直升機(jī)的裝備概況與發(fā)展[J];艦船電子工程;2009年01期

5 宋浩;韓波;李平;;微型無人直升機(jī)三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)[J];機(jī)電工程;2006年02期

6 張清江;劉磊;張劍鋒;李愛軍;余翔;;某型直升機(jī)半物理仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)測量與控制;2006年03期

7 曾麗蘭;王道波;郭才根;黃向華;;無人駕駛直升機(jī)飛行控制技術(shù)綜述[J];控制與決策;2006年04期

8 王適存,徐國華;直升機(jī)旋翼空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

9 劉明亮;李克媛;關(guān)妍妍;;無人駕駛直升機(jī)的飛行控制算法[J];黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào);2012年04期

10 賀躍幫;裴海龍;周洪波;孫太任;;干擾下的無人直升機(jī)自適應(yīng)反步法魯棒跟蹤控制(英文)[J];控制理論與應(yīng)用;2013年07期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 周洪波;小型無人直升機(jī)的建模與控制器設(shè)計(jì)[D];華南理工大學(xué);2011年

2 王小青;無人直升機(jī)建模與控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

3 杜建福;基于預(yù)測控制的小型無人直升機(jī)自主飛行研究[D];上海交通大學(xué);2008年

本文編號(hào)：834894