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无人驾驶自转旋翼机控制技术研究

郝春杰  
【摘要】:为实现无人自转旋翼机的自主飞行,需要对无人自转旋翼机的建模与控制方法进行研究。本文以某型无人自转旋翼机为研究对象,深入研究了无人自转旋翼机的数学模型、飞行控制策略及飞行控制系统的设计与实现。 首先,运用空气动力学与运动学的知识,研究了无人自转旋翼机旋翼无动力自转的原理,通过对旋翼机自转旋翼、螺旋桨、垂尾及机身各个组成部分建模分析,建立了无人自转旋翼机的数学模型,利用小扰动线性化的方法对旋翼机数学模型进行了线性化,同时对无人自转旋翼机的纵向、横向及航向各个通道的稳定性和操纵特性进行了讨论;其次,研究了无人自转旋翼机的姿态控制、航向控制、高度控制、速度控制及发动机控制方面的控制特点,设计了相应的控制回路和控制律,分析了利用俯仰姿态角及利用发动机推力两种方式在实现高度控制中的特点,提出了一种利用姿态角与发动机组合控制实现高度控制的控制策略,有效弥补了单独姿态角与单独发动机控制中的不足。紧接着设计了模糊自适应PID控制器用于俯仰姿态角控制系统中的参数整定。然后,研究了无人自转旋翼机机载飞行控制系统的实现技术,完成了软硬件的设计,同时对地面遥控遥测系统的设计过程进行了研究。最后,搭建了无人自转旋翼机飞行控制系统半实物仿真系统,利用半实物仿真试验,验证了设计的控制规律、控制策略是有效的。 通过对某型无人驾驶自转旋翼机建模和控制方法的研究,本文建立了无人自转旋翼机的模型,设计了姿态、航向及高度控制等方面的控制策略,完成了飞行控制系统软硬件的设计和实现,通过半实物仿真试验验证了飞行控制系统及飞行控制策略的有效性。


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