小型無人直升機多模態(tài)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、小型無人直升機具有垂直起降、空中懸停、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎、縱向和側(cè)向飛行等多種飛行模態(tài)，特殊的飛行能力使其具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以小型無人直升機為研究對象，著重研究多模態(tài)飛行控制以及切換控制技術(shù)，并且將“光流”仿生技術(shù)應(yīng)用于小型無人直升機自主避障飛行，提出了一種基于光流的自主避障算法，對所設(shè)計的多模態(tài)飛行控制器以及避障算法進行了仿真驗證。設(shè)計實現(xiàn)了一套具有原創(chuàng)性的小型無人直升機飛行控制系統(tǒng)，并進行了實際飛行驗證。
　　首先，建立了某小型無

2、人直升機的非線性數(shù)學(xué)模型，對其飛行模態(tài)進行了劃分，并分析各飛行模態(tài)的氣動特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于PID的內(nèi)外環(huán)控制律，并針對不同飛行模態(tài)設(shè)計了切換控制器，通過數(shù)字仿真對所設(shè)計的控制律進行了驗證。
　　其次，為了提高小型無人直升機飛行的自主性，將“光流”仿生技術(shù)應(yīng)用于小型無人直升機自主避障飛行，分析光流法的原理以及與運動場的關(guān)系，設(shè)計了一種基于光流的小型無人直升機避障算法，通過建立虛擬三維仿真環(huán)境，驗證了該算法的可行性。

3、　　再次，設(shè)計并實現(xiàn)了基于DSP和單片機的小型無人直升機多模態(tài)飛行控制系統(tǒng)軟硬件平臺。從任務(wù)需求和功能實現(xiàn)的角度出發(fā)，制定了飛行控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案，對飛控計算機、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、無線通信鏈路進行了設(shè)計。為了實現(xiàn)任務(wù)的合理分配和管理，飛控計算機采用主從式架構(gòu)，并設(shè)計了基于任務(wù)的模塊化飛行控制軟件。
　　最后，為了驗證所設(shè)計的小型無人直升機飛行控制系統(tǒng)的有效性，開展了實際飛行試驗。通過地面靜態(tài)實驗和室外飛行試驗，驗證本文設(shè)計的