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《南京航空航天大学》 2009年
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无人直升机建模与控制技术研究

王小青  
【摘要】: 本论文以南京航空航天大学与中国直升机设计研究所合作研制的U8无人直升机为背景,研究无人直升机建模与自主飞行控制的关键技术。 由于直升机的高阶、不稳定、非线性、强耦合和高不确定性特点,建立较为准确的直升机动力学模型具有相当大的难度。论文根据三种直升机模型:相对简单的动量模型、相对复杂的叶素模型和FLIGHTLAB模型,提出了直升机综合建模的思想,并将三种模型构成的直升机综合模型应用于无人直升机项目研制的过程中。通过三个模型的对比验证,以及与实际试飞数据的比较修正,得到高置信度的无人直升机飞行控制系统设计与仿真需求的对象模型,论文根据修正后U8无人直升机的叶素线性模型,进行特性分析。 论文研究了带逆模型前馈的显模型跟踪控制和H_∞回路成形控制方法,并结合两者的优点,提出了一种改进的显模型跟踪回路成形控制方法。论文基于改进的显模型跟踪回路成形控制方法设计了无人直升机的内回路姿态控制系统,进行了时域、频域和鲁棒性分析,并与经典PID控制方法、显模型跟踪,以及H_∞回路成形控制方法进行了比较。 设计无人直升机内回路姿态控制,实现了各通道解耦后,论文设计了直升机的外回路航迹飞行控制和模态飞行控制系统,实现了无人直升机的自主起飞、着陆、悬停,以及协调转弯飞行控制。为全面验证飞行控制系统的正确性,以及飞行控制逻辑与飞行管理的合理性,论文设计了由四个航路点构成的样例航路,并实现了无人直升机样例航路的自主飞行控制,仿真了样例航路的自主飞行过程。通过U8无人直升机的对象不确定性和风干扰情况下的航路飞行仿真,验证了飞行控制系统的鲁棒性。 根据U8无人直升机用小功率活塞式发动机的功率特性与动力学特性,给出了完整的发动机建模、转速控制与仿真系统,并根据样例发动机开车过程中的冲速特性,提出了基于“折线法”转速指令的冲速段控制策略,并通过仿真与开车试验,验证发动机转速控制系统的正确性。 本论文通过U8无人直升机的建模、半物理仿真,以及科研试飞,使本文的建模与控制技术得到了工程应用与验证。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V249.1

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 刘明亮;李克媛;关妍妍;;无人驾驶直升机的飞行控制算法[J];黑龙江大学工程学报;2012年04期
2 尹亮亮;黄一敏;祖家奎;;无人直升机前飞-悬停过渡控制[J];直升机技术;2012年01期
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1 周洪波;小型无人直升机的建模与控制器设计[D];华南理工大学;2011年
2 栗英杰;直升机飞行模拟器关键技术研究[D];吉林大学;2012年
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1 黄海;无人直升机悬停/小速度段的飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 范武斌;直升机显模型跟踪控制律设计与优化技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 王昌刚;小型无人直升机航向稳定控制系统的设计与实现[D];南京航空航天大学;2011年
4 周立冬;无人直升机前飞状态飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 刘鹏;基于FlightGear的无人直升机飞行仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
6 宋于波;基于FlightLab的无人直升机建模与仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 张元;新型无人直升机全向导航控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
8 陈惠智;小型无人直升机建模及控制系统设计[D];南京理工大学;2012年
9 张登建;无人直升机飞行仿真系统软件设计与开发[D];南京航空航天大学;2012年
10 于海山;无人直升机六自由度运动模拟平台控制系统设计与应用[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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2 苏锋;高强;;速度对操纵灵敏度的影响[J];保定学院学报;2010年03期
3 苏金平;王刚;;直升机的“自动上仰”[J];保定学院学报;2010年03期
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5 赵景根;徐国华;招启军;;基于自由尾迹分析的直升机旋翼下洗流场计算方法[J];兵工学报;2006年01期
6 刘丽华;离散线性系统的鲁棒容错控制[J];北京机械工业学院学报;2003年04期
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9 汪庆;王永;彭程;缪礼锋;;直升机两步法抗饱和控制[J];北京航空航天大学学报;2011年07期
10 李国欣;徐艳丽;蒋永洲;;卡尔曼滤波器在倒立摆控制系统中的应用[J];长春大学学报;2009年06期
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3 赵林坤;樊绍胜;;基于闭环增益成形的风力发电转速鲁棒控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 吴建德;万舟;熊新;;一种基于单神经元的无人直升机复合PID速度控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 易超;吴建德;王晓东;;基于自适应神经网络的无人直升机横航向控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 吕明云;刘鹏;蒙志君;;适于飞行控制设计的直升机频域辨识[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 闫士杰;王旭;;基于H∞性能的微型燃机自适应模糊控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 高清振;熊峻江;凌云霞;肖飞;李晓晖;;用于确定疲劳载荷谱的共轴直升机气动力参数数值模拟[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(一)[C];2007年
9 梁廷伟;于金涛;陈予恕;;直升机标准桨叶动平衡试验挥舞稳定性分析[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
10 夏凡;陈燎原;张锦华;;基于正规互质因子的TOKAMAK位形控制研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第7册)[C];2009年
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1 常胜;半挂汽车列车动态特性分析与鲁棒控制[D];吉林大学;2011年
2 王欢;多轴车辆转向系统与悬架系统集成控制研究[D];吉林大学;2011年
3 徐丽;直升机旋翼非定常流动的低耗散高精度数值方法研究[D];上海大学;2010年
4 周洪波;小型无人直升机的建模与控制器设计[D];华南理工大学;2011年
5 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 王宏强;旋翼/涵道风扇式无人直升机飞行控制若干问题研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 黄水林;纵列式直升机双旋翼气动干扰特性的理论与试验研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 李海军;再入机动弹头的建模与控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 王海;计入桨叶结构弹性的新型桨尖旋翼流场数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 宋辰瑶;基于尾迹分析的旋翼旋转噪声计算及桨-涡干扰噪声研究[D];南京航空航天大学;2010年
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1 任倩倩;无人直升机建模与控制方法研究[D];大连理工大学;2010年
2 刘志超;基于LQR和H∞的三自由度直升机多模型控制器设计[D];华东理工大学;2011年
3 张建河;基于模糊模式识别算法抽油井诊断平台的设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
4 仇永兴;风力机气动载荷及尾流场研究[D];华北电力大学(北京);2011年
5 刘晓峰;55t汽车起重机柔性臂架动特性及主动控制研究[D];大连理工大学;2011年
6 于倩;电力系统非线性控制器设计与仿真[D];大连海事大学;2011年
7 陈雯雯;几类时滞神经网络系统的稳定性分析[D];杭州电子科技大学;2011年
8 吴友谦;无人机最优自主起降轨迹规划设计与实现[D];华南理工大学;2011年
9 熊超;汽车四轮转向鲁棒控制方法研究及应用[D];重庆交通大学;2011年
10 沈雳;直升机飞行品质对设计参数的敏感性分析[D];南京航空航天大学;2010年
【同被引文献】
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1 卞航;曹义华;;悬停时考虑地面效应的直升机的配平[J];安阳工学院学报;2007年01期
2 于尚民;冯仁剑;万江文;;基于状态空间法的MEMS静电驱动控制方案[J];微纳电子技术;2007年Z1期
3 张立新;赵超;盛守照;;基于VC++的无人直升机仿真[J];兵工自动化;2010年04期
4 苏媛,曹义华;直升机动稳定性分析和增稳系统控制律设计[J];北京航空航天大学学报;2002年06期
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7 李宏伟;张晓林;;共轴无人直升机航线飞行中航向反馈问题[J];北京航空航天大学学报;2008年01期
8 乌兰巴根;胡继忠;徐元铭;;无人直升机自主着舰系统设计及仿真试验[J];北京航空航天大学学报;2010年08期
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10 宋子善,沈为群;无人直升机综合飞行控制系统设计[J];北京航空航天大学学报;1999年03期
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1 李明忠;毕长剑;张双建;牛敦金;;训练用飞行仿真器视景显示系统研究[A];第五届全国仿真器学术会论文集[C];2004年
2 周冬萍;鄢辉萍;戚春明;;直升机工程模拟器在飞行控制律设计和操纵品质评估中的应用[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年
2 王宏强;旋翼/涵道风扇式无人直升机飞行控制若干问题研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 黄国勇;变推力轴线无人机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 杨宇;飞行模拟器动感模拟关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 孙涛;直升机飞行力学模型辨识研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 孙传伟;直升机飞行动力学模型与飞行品质评估[D];南京航空航天大学;2002年
7 周长义;三轴飞行仿真转台控制系统设计与控制算法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
8 张立民;飞行模拟器视景仿真系统设计与关键技术研究[D];天津大学;2004年
9 于大泳;六自由度运动模拟器精度分析及其标定[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 吴建德;基于频域辨识的微小型无人直升机的建模与控制研究[D];浙江大学;2007年
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1 史文韬;基于DSP的水下机器人嵌入式控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 任倩倩;无人直升机建模与控制方法研究[D];大连理工大学;2010年
3 黄海;无人直升机悬停/小速度段的飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 满朝媛;小型无人机横侧向飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 杨方伟;小型无人机简化配置控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 刘培强;小型无人直升机飞行控制软件及仿真系统的开发[D];南京航空航天大学;2010年
7 于琰平;基于FlightGear的四旋翼无人机三维可视仿真系统研究[D];天津大学;2010年
8 关昕;小型无人直升机悬停控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 周立冬;无人直升机前飞状态飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
10 刘鹏;基于FlightGear的无人直升机飞行仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
【二级引证文献】
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1 赵跃;祖家奎;;无人机飞行数据通用化译码软件设计及实现[J];工业控制计算机;2011年11期
2 马文来;胡波;薛红芳;;一种无人直升机定高飞行控制系统的设计与仿真[J];滨州学院学报;2012年06期
3 唐勇;胡明华;吴宏刚;黄忠涛;徐自励;何东林;;基于FlightGear的A-SMGCS场面活动三维仿真[J];计算机应用;2012年11期
4 彭荣鲲;周鑫;赵永辉;;基于FlightGear的直升机可视化飞行仿真系统设计[J];现代电子技术;2012年21期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 栗英杰;直升机飞行模拟器关键技术研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李欣;小型无人机简化配置控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
2 周立冬;无人直升机前飞状态飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 刘鹏;基于FlightGear的无人直升机飞行仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 宋于波;基于FlightLab的无人直升机建模与仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
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6 赵跃;无人机飞行数据综合管理与分析系统研究[D];南京航空航天大学;2012年
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9 尹亮亮;无人直升机飞行控制若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
10 邵康敏;直升机飞行控制与可视化飞行仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
【二级参考文献】
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5 王辉,徐锦法,高正;基于事件的无人直升机分布式飞行控制系统实现[J];南京航空航天大学学报;2005年02期
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7 温杰;姜雪红;;萨伯公司发展Skeldar系列无人直升机[J];飞航导弹;2008年01期
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5 辛哲奎;方勇纯;张葛;申辉;;小型无人直升机云台跟踪控制系统实验平台设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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5 宋宝泉;小型无人直升机非线性建模与控制算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 王宏强;旋翼/涵道风扇式无人直升机飞行控制若干问题研究[D];南京航空航天大学;2009年
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9 曾丽兰;基于H_∞回路成形的无人直升机非脆弱鲁棒飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2006年
10 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年
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4 尹协文;小型无人直升机非线性控制律设计与仿真[D];南京航空航天大学;2011年
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6 周树勋;小型无人直升机机载飞行控制系统研究与设计[D];上海交通大学;2012年
7 杨青运;基于视觉的无人直升机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
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10 杜云超;小型无人直升机飞行姿态控制的研究[D];沈阳航空航天大学;2011年
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