微小型直升機自主飛行控制系統(tǒng)設計.pdf

1、近些年來，很多研究機構(gòu)都在致力于研究飛行器全自主飛行控制的相關(guān)技術(shù)，因為自主駕駛的飛行器可以無需考慮飛行員的極限條件，更加充分的發(fā)揮出飛行器的性能并且能夠執(zhí)行更復雜危險的任務。當前無人飛行器已經(jīng)在戰(zhàn)爭偵察、邊境監(jiān)視、目標搜索與火力打擊等軍事需求上得到了廣泛應用，而民用商業(yè)領(lǐng)域的災害勘查搜救、地理測繪、航拍攝影、電力管道排查、農(nóng)作物輔助種植等應用則是它未來發(fā)展方向。飛行器中主要有固定翼和旋翼兩大類，其中固定翼具有結(jié)構(gòu)簡單、動力學特性穩(wěn)定且

2、對稱、控制解耦、自主飛行控制系統(tǒng)設計相對簡單等特性。然而旋翼飛行器由于具有低速巡航、定點懸停、垂直起降等獨特的飛行能力，在某些軍民應用的場合是不可替代的，所以關(guān)于實現(xiàn)它的全自主飛行控制的研究也越來越多。直升機作為最典型的旋翼飛行器，關(guān)于旋翼飛行器自主飛行控制取得的主要研究進展大部分都是基于直升機的，然而它是嚴重非線性、參數(shù)時變、高度耦合且不穩(wěn)定的欠驅(qū)動多輸入多輸出復雜系統(tǒng)并且時刻暴露在多擾動的環(huán)境中，目前已有研究成果還遠沒能解決上述科學

3、問題，所以有必要進一步開展直升機自主飛行控制相關(guān)的技術(shù)研究。
　　本文開展的研究工作是為更深層次研究直升機的自主飛行控制提供驗證平臺，將已有的直升機自主飛行控制理論設計方法與工程實現(xiàn)之間建立橋梁，最終集成出能夠?qū)崿F(xiàn)微小型直升機自主飛行的試驗平臺。文章解決了直升機自主飛行控制系統(tǒng)設計過程中的3個理論方面的問題：1.由直升機的基本結(jié)構(gòu)、力與運動關(guān)系入手，總結(jié)出了直升機的控制輸入與運動參數(shù)輸出的4條解耦關(guān)系來輔助控制器設計；2.采用控制

4、方法從理論上設計了直升機的自主飛行控制律，并通過X-CELL60直升機數(shù)學模型和Matlab軟件完成了仿真驗證；3.通過動態(tài)修正加速度測量誤差后再積分的方法，成功解決了直升機速度狀態(tài)估計問題。同時，文章在工程實踐上成功完成了微小型直升機自主飛行控制試驗平臺的航電系統(tǒng)設計與集成，并在此平臺上設計了相應的自主飛行控制系統(tǒng)軟件。目前，控制軟件已成功進行直升機懸停工作點、速度估計、位置插值、航向鎖定、高度鎖定的飛行試驗，結(jié)果證明了自主飛行控制系