收藏本站
《上海大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超小型无人直升机飞行姿态的鲁棒控制研究

冯伟  
【摘要】: 超小型无人直升机具有成本低、体积小、携带方便、起飞着陆场地小、可以滞空飞行等特点,使其在军用和民用领域都有着广阔的应用前景。超小型无人直升机是一个多变量、非线性、强耦合的动力学系统,稳定性差,容易受到风等外力的干扰。飞行控制系统是超小型无人直升机实现自主飞行、提升应用价值的最为核心的一项技术,而飞行姿态控制又是其中的关键。鲁棒控制对多变量控制系统和存在干扰情况的控制系统具有优势,因此对超小型无人直升机飞行姿态进行鲁棒控制的研究,具有重要的理论意义和应用价值。 本论文在分析了国内外对超小型无人直升机飞控系统研究现状的基础上,归纳了超小型无人直升机飞控系统的结构和特点。根据研究背景的需要,提出了进行超小型无人直升机飞控系统的研究目标,规划了为实现研究目标而需要进行的研究内容。 本论文研究首先从实际需求出发,基于模块化的思想提出了超小型无人直升机姿态控制的总体方案,并对超小型无人直升机系统的传感器、控制器和通讯系统等进行了选型。 超小型无人直升机飞行运动数学模型是设计控制律的基础,飞行品质的好坏也严重依赖于数学模型建立的精确与否。在建模方面,本文建立了超小型无人直升机的机体刚体动力学方程和空气动力学模型,同时对主桨和贝尔-希勒翼进行了研究,在结构分析的基础上,基于小干扰情况下的合理假设,通过把非线性模型在悬停点附近线性化,得到用物理参数描述的线性模型,从而确定了具有物理意义的超小型无人直升机姿态模型的结构。 对模型中存在的未知参数,本文采用指定状态变量的子空间辨识方法,在开环系统的子空间辨识算法的基础上,结合主元分析法,通过正交子空间投影的闭环子空间辨识方法,进行系统辨识,从而获得系统的主要结构参数,并估算出这些参数的误差范围。然后将所得模型的预测数据与飞行数据进行了比较。为了子空间系统辨识的需要,本文将超小型无人直升机姿态模型进行了离散化处理,得到了离散化的模型结构。对于试验数据,进行了野值剔除、插值、滤波、平滑等数据处理,以使得数据更精确可靠。 在控制系统设计中采用的模型与实际控制对象存在着一定的差异,即存在着模型不确定性。同时,控制系统的运行也受到周围环境和有关条件的制约。这就要求超小型无人直升机飞控系统具有良好的处理模型不确定性及外界扰动的能力,即具有鲁棒性。针对通过辨识得到的系统模型,对于小干扰的情况,本文推导了离散系统不确定性具有块对角结构的鲁棒保性能控制律设计方法,并以超小型无人直升机为对象,设计了一个鲁棒保性能控制器,使得闭环系统对所有允许的不确定性渐近稳定,并且闭环性能指标不超过某个确定的上界。对于较大干扰的情况,本文推导了离散系统不确定性具有块对角结构的鲁棒方差控制律设计方法和控制能量具有上界的鲁棒方差控制律设计方法,并以超小型无人直升机为对象,设计了一个控制能量具有上界的鲁棒方差控制器,使得系统在有外部干扰的情况下具有良好的稳态性能和良好的瞬态性能,并且其输入能量不大于确定的上界。然后,分别对保性能控制系统和鲁棒方差控制系统的最坏情况进行了定义,并对最坏情况下的仿真进行了理论推导和仿真。 在上述研究的基础上,本论文对超小型无人直升机飞控系统硬件、飞控系统软件和地面监控站进行了研究和设计。系统硬件方面,在任务分解和模块化设计思想的基础上,主要设计了传感器模块、模式切换与安全保障模块、主控模块;飞控系统软件方面主要着眼于任务分解、任务调度和通讯协议方面的研究;在地面监控站方面,在分析其功能需求的基础上,着重于采用组件化的编程方法。 最后,通过超小型无人直升机系统完成姿态控制飞行实验(直升机系统稳定性最差的飞行状态),验证了所设计的超小型无人直升机飞行姿态鲁棒控制系统的性能。通过分析试验数据验证了超小型无人直升机系统姿态控制算法的可行性。
【学位授予单位】:上海大学
【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1条
1 孟建军;李德仓;胥如迅;李宗刚;;基于H_∞鲁棒控制的无人驾驶城轨车辆运行姿态研究与仿真[J];兰州交通大学学报;2011年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 云昭洁;小型无人直升机飞行控制与任务调度[D];浙江大学;2012年
2 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
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 王铁勇,吴盘龙,刘贞报;在单片机中嵌入操作系统的利弊[J];今日电子;2002年09期
3 张浩;如何选择非易失性SRAM[J];电子技术;1998年10期
4 姜立中;二通道航模遥控发射接收装置电路分析[J];电子世界;2000年08期
5 陈皓生,陈大融;微型直升机动力学建模的研究现状[J];飞行力学;2003年03期
6 宋彦国,张呈林;直升机内回路姿态模糊控制[J];航空学报;2003年04期
7 邓寅喆,黄圣财,刘亮,龚振邦;超小型无人驾驶直升机研究现状[J];机电一体化;2004年01期
8 邓寅喆,刘亮,龚振邦;基于倾角传感器和角速率陀螺的超小型无人直升机姿态控制器[J];机电一体化;2004年04期
9 罗沛;裴海龙;;基于AVR单片机的空中机器人伺服系统[J];计算机工程与应用;2006年22期
10 刘怀,胡继峰;实时系统的多任务调度[J];计算机工程;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高同跃;超小型无人直升机飞控系统及自主滞空飞行的研究[D];上海大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冉志红;李乔;单德山;唐亮;;影响矩阵法在南京长江三桥状态识别中的应用[J];四川建筑科学研究;2008年04期
2 冯元珍;胡玉峰;;协作控制中常用的矩阵理论[J];安徽职业技术学院学报;2010年03期
3 王伟;申爱明;林顺英;陈亚;王殿君;;MATLAB在《控制工程基础》课程中的应用[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2011年02期
4 陈永新;柯尊忠;伍德林;;精校机电液位置伺服系统的极点配置自校正控制[J];安徽农业大学学报;2012年02期
5 陈杰平,姚智华;基于MATLAB的曲柄滑块机构仿真研究[J];安徽技术师范学院学报;2005年04期
6 吴文进;;自动控制原理课程的MATLAB辅助教学[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年01期
7 薛蕊;;一类线性混合模型中方差分量的估计[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年02期
8 吴文进;李彦梅;;基于MATLAB的《电机与拖动基础》课程教学[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2012年01期
9 程媛媛;蒋威;;广义系统能控和能观等价的若干条件[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2012年02期
10 王良润;侯宏;沈文轩;;嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在直流屏中的应用[J];鞍山科技大学学报;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 陈万义;;传递函数矩阵零空间的最小多项式基和亏数[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 李丹;周传心;韩忠旭;;高阶不等容环节代数等价观测器转换方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 王小青;黄一敏;孙传伟;;一种改进的显模型跟踪回路成形控制方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 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
6 阮晓钢;刘江;狄海江;李欣源;;两轮自平衡机器人设计及LQ控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 彭涛;桂卫华;Ding Steven X;汤琼;李昊;;一种基于混合H_-/H_∞的故障检测系统优化设计方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 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
9 姚智颖;刘冬;;基于Kazakov线性化的迭代滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 逄海萍;王璐萍;;一类不确定仿射非线性系统的鲁棒近似最优滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 于志明;无线通信系统中的信号识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 王义;随机系统的稳定性控制[D];山东科技大学;2010年
3 曹倩;基于分形的心电信号压缩技术的研究[D];山东科技大学;2010年
4 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
5 迟子孟;非线性系统降维观测器设计研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
6 李娜;基于神经网络的非线性系统H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
7 聂剑锋;基于QoS的Web服务选择研究[D];浙江理工大学;2010年
8 蒋静;基于子空间的二阶统计量盲信道辨识算法研究[D];郑州大学;2010年
9 赵金平;基于矩阵变换的MIMO-OFDM系统信号检测[D];郑州大学;2010年
10 田雨;柴油机电液调速技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭延辉,徐国华;无人驾驶直升机的技术发展及其关键技术[J];飞行力学;2004年01期
2 张翔伦;杨蔷薇;;基于机动动作库的实时轨迹生成与仿真研究[J];飞行力学;2008年03期
3 王锐平;高正红;;无人机空战仿真中基于机动动作库的决策模型[J];飞行力学;2009年06期
4 邢小军;闫建国;;直升机全包线协调转弯控制律设计及仿真[J];飞行力学;2011年01期
5 李磊;;无人机技术现状与发展趋势[J];硅谷;2011年01期
6 彭建新;段智文;万明;熊益群;;HMR3000电子罗盘与DSP的接口设计及编程[J];电子设计工程;2010年09期
7 史忠科;直升机非线性模型结构和参数鲁棒辨识方法[J];哈尔滨工业大学学报;2005年01期
8 曲胜;吴进华;曹亮杰;;航迹跟踪的DMC方法设计研究[J];海军航空工程学院学报;2009年05期
9 隋丹,冯乐,陈蓓;模型预测控制(MPC)在飞机自动着陆系统中的应用[J];航空计算技术;2003年03期
10 欧阳龙春;侯振宇;冯仕怀;刘文法;;军用无人直升机的发展现状及趋势[J];航空科学技术;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 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
2 王小青;无人直升机建模与控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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 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
3 郭晋峰;基于RTLinux的数控系统关键技术研究及软件开发[D];华侨大学;2001年
4 陈安宁;基于多传感器融合的超小型无人直升机导航系统研究[D];浙江大学;2006年
5 侯春明;未知环境下移动机器人基于行为的控制方法研究[D];吉林大学;2006年
6 王德宇;小型无人直升机飞行控制系统研究[D];国防科学技术大学;2005年
7 刘善伍;不确定采样系统鲁棒稳定性分析与鲁棒控制[D];哈尔滨理工大学;2006年
8 孔维刚;微型无人直升机飞行控制系统研究与设计[D];南京理工大学;2006年
9 陈杰;无人飞行器智能鲁棒飞行控制系统研究[D];西北工业大学;2007年
10 陈海;无人机自主控制综述及自主着陆控制系统设计[D];西北工业大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨宁,王保印;无人机航空电子综合测试系统[J];兵工自动化;2004年01期
2 龚真春,宋执环,李平;超小型无人机GPS导航中的坐标转换[J];兵工自动化;2005年04期
3 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
4 陈皓生,徐军,李疆;HMR3000数字罗盘在微型飞行器中的应用[J];传感器技术;2001年09期
5 王志平,熊光泽;实时调度算法研究[J];电子科技大学学报;2000年02期
6 李朝晖,沈刚;基于CPLD的全数字PWM的设计[J];电气传动自动化;2004年03期
7 陈皓生,陈大融;微型直升机动力学建模的研究现状[J];飞行力学;2003年03期
8 仲元昌;GPS/INS组合系统在飞船自主定位中的应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年07期
9 宗明山,蒋支运,吴文海;无人直升机飞行控制系统设计[J];飞机设计;2003年03期
10 吴蕾,王壬林;一类无人直升机的导航与控制[J];飞机设计;2004年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 章海清,林道垣;鲁棒低阶自适应控制器的设计[J];南京航空航天大学学报;1989年04期
2 王礼全,张滋烈;综合火力/飞行控制系统研究:H_∞控制设计[J];电光与控制;1990年04期
3 徐军,张明廉,宋子善;飞行控制系统的非线性鲁棒控制[J];航空学报;1998年02期
4 王长青;李景源;;一类地形跟踪控制系统方案探讨[J];战术导弹技术;1998年02期
5 王海涛;高金源;夏洁;;综合容错飞行控制系统的设计与仿真[J];飞行力学;2007年03期
6 何火军;曹云峰;刘兴华;;无人机飞行控制系统虚拟样机平台[J];应用科学学报;2009年06期
7 樊方星;祝小平;;卫星制导炸弹参数空间法控制器设计[J];计算机仿真;2010年09期
8 王业潘;孙骅;李文静;;微型四旋翼直升机控制系统设计[J];广州大学学报(自然科学版);2011年02期
9 徐延万;;地地战略导弹与空间运载器控制系统的发展展望[J];航天控制;1986年03期
10 徐瑞娟;;弹性飞机与飞行控制系统间的耦合及结构滤波器的设计[J];飞行力学;1987年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵长辉;王琦;王猛;金生;;豪客800XP中型喷气公务机飞行控制系统浅析[A];第二届民用飞机制造技术及装备高层论坛资料汇编(论文集)[C];2010年
2 ;飞行控制系统专业发展[A];航空科学技术学科发展报告(2006-2007)[C];2007年
3 张汝麟;;仿真技术在飞行控制系统开发中的应用[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
4 湛强;;主动控制飞机机载飞行控制系统及其发展[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
5 王西超;曹云峰;刘兴华;丁萌;庄丽葵;王彪;;飞行控制系统数字样机设计技术研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨第十届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2011年
6 张鹏;刘振东;;新型无人机编队飞行控制系统的研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
7 文欢;沈怀荣;;模糊分数阶控制器在无人机飞行控制中的应用仿真[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
8 苏惠敏;张明廉;;飞控系统中的多传感器数据融合[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
9 李辉;陈根社;;飞行控制系统设计的遗传特征结构配置方法[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(下册)[C];1995年
10 张丽花;齐晓慧;赵述芳;胡永江;;变结构控制在无人机中的应用研究[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 吴蔚;F-35采用创新飞行控制系统[N];中国航空报;2006年
2 航天科技集团公司12所所长 刘继忠 党委书记 杨旭;以先进控制技术打造火箭神经中枢[N];中国航天报;2006年
3 张洋;美国新型UCAV研制从B-2项目中受益[N];中国航空报;2006年
4 刘伟勋;国产新支线飞机“延误”内情[N];经济观察报;2008年
5 闫冰;Wi—Fi安全猛于虎[N];网络世界;2008年
6 闫冰;空中上网是把双刃剑[N];网络世界;2008年
7 仲子昭;意大利M-346:训练战斗机飞行员省钱50%[N];中国国防报;2006年
8 师念;“锰禽”那些难堪事[N];中国国防报;2011年
9 渝津;庞巴迪有可能恢复BRJ-X计划[N];中国航空报;2003年
10 仲子昭;“梭鱼”:直接摧毁目标的无人机[N];中国国防报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冯伟;超小型无人直升机飞行姿态的鲁棒控制研究[D];上海大学;2009年
2 李中健;大包线飞行控制系统鲁棒设计研究[D];西北工业大学;2000年
3 高同跃;超小型无人直升机飞控系统及自主滞空飞行的研究[D];上海大学;2008年
4 邓寅喆;超小型无人旋翼机XZ03飞控系统的机械电子学设计研究[D];上海大学;2008年
5 韩鹏鑫;可重复使用助推器的导航、制导与控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 刘燕斌;高超声速飞行器建模及其先进飞行控制机理的研究[D];南京航空航天大学;2007年
7 刘小雄;飞行控制系统故障隔离与自适应重构技术研究[D];西北工业大学;2006年
8 樊琼剑;多无人机协同编队仿生飞行控制关键技术研究[D];南京航空航天大学;2008年
9 张锐;武装直升机大机动、高敏捷性神经网络鲁棒自适应飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2002年
10 李超勇;TBM拦截器制导与控制若干问题研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈青松;基于DSP&CPLD的超小型无人直升机飞控系统研究与设计[D];浙江大学;2006年
2 白志强;飞行控制系统故障检测研究与仿真软件开发[D];西北工业大学;2006年
3 邵义龙;武装直升机对地攻击关键技术研究[D];南京航空航天大学;2006年
4 李林侃;无人机鲁棒动态逆控制研究[D];西北工业大学;2007年
5 刘艳;总体设计中的飞控系统控制律设计与评估研究[D];西北工业大学;2006年
6 杨国强;基于分米波导引的无人机自动起降技术研究[D];西北工业大学;2007年
7 杨林芳;无人机容错飞行控制系统研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 何永彪;基于Linux下的无人机软件故障注入与分析系统研究[D];南京航空航天大学;2007年
9 张悦;基于ARM处理器的无人机飞行控制计算机设计[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 邵科;基于ARM的小型无人直升机飞行控制系统设计[D];浙江大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026