直升机悬停状态全耦合飞行动力学模型辨识方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011V01．32No．2202．211ISSN1000-6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(201t)02-0202一10直升机悬停状态全耦合飞行动力学模型辨识方法吴伟，陈仁良*南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京210016摘要：提出了一种基于集员辨识理论的直升机全耦合飞行动力学模型参数辨识方法。该方法针对直升机飞行动力学模型耦合强，难以得到辨识模型和待辨识参数之间显

2、式函数关系的特点，推导并建立了状态空间微分方程形式模型集员辨识的间接辨识算法。通过引入广义噪声的概念以及对其边界的灵活设定，实现了对辨识参数众多、耦合严重且灵敏度差异大的复杂模型的集员辨识。在此基础上，建立了直升机全耦合飞行动力学模型集员辨识的两步法。根据BO-105直升机的飞行试验数据，利用该方法辨识得到的全耦合飞行动力学模型与飞行试验数据相比具有良好的一致性；与基于统计理论的传统辨识方法相比。该方法提高了辨识精度，加快了辨识速度且具有较高的鲁棒性。关键词：参数辨识；集员辨识；直升机；飞行动力学；状态空间中图分类号：V21i文献标识码：A由于直升机旋翼空气动力学现象的复杂性，

3、直升机飞行动力学理论建模的精度受到限制，参数辨识已成为提高直升机飞行动力学模型置信度的有效手段[1’2]。现有直升机飞行动力学的参数辨识方法都是基于统计理论的辨识方法[3。0‘，如最tb--乘法、极大似然法和卡尔曼滤波法等。由于这些方法基于统计理论，因此需要噪声分布和随机误差等的统计信息，如均值、方差等。但对直升机来说，这些信息通常难以获得，原因是直升机的振动大、噪声水平很高，从而导致数据的测量噪声也很高，加上直升机悬停状态的不稳定性，难免在测量中引起随机误差。现有的辨识方法采用近似或忽略这些统计量的方法，但这降低了辨识精度和方法的鲁棒性。孙涛等r11]介绍了一种直升机飞行动力

4、学模型参数辨识的新方法，这种方法利用输入输出关系构建一个辅助矩阵来消除噪声及随机误差的影响，但需通过另外的辨识算法进行进一步优化而得到辨识结果。近年来，集员辨识理论[12-20]由于不需要噪声和随机误差的详细信息，只需其边界的特点，已成为当前国际上系统辨识的重要发展方向心1。。目前，集员辨识理论已较为成熟。但是，基于集员辨识理论发展的各种辨识算法都要求辨识模型和待辨识参数之间具有显式的函数关系，这个条件在实际应用中却并不总能满足。王文正等[22J发展了一种具有实际应用价值的集员辨识算法，并将其应用于飞行器参数辨识中，但在其研究中，为了便于得到辨识模型和待辨识参数的显式关系，待辨

5、识模型采用固定翼飞机纵向模型，且用于辨识的数据是仿真数据而非真实的飞行试验数据。本文基于集员辨识理论，利用飞行试验数据，收稿日期：2010．04．22；退修日期：2010．07．19；录用日期：2010—08·24；网络出版时间：2010—11-1809：08网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20101118．0908．001．№IDOl：CNKI：11-1929／V．20101118．0908．001*通讯作者．Tel．：025-84892141E--mail：crlae@nuaa，ec)J，cn孳l用格武I吴伟．睬仁甍．i升

6、机悬停状态垒耦合飞行动力学模型辨识方法￡J]．航空学摄．2011。32(2)：202-21’jWuWei．ChertRenliang，Identificationmethodforhelicopterfullycoupledflightdynamicsmodel{nhovercondition[如．ActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica。20¨．32(2)；202-21

7、．*#≈：自nn§口n§±*☆t“Ⅻ^{镕■*u：^*提出种适台直升机全耦合E行动力学模型辨识的方法。该方法通过建立解陕状态窄问微分方程形式模删集员辨识问题的间接辨识算法并引人

8、广义噪声的概念．实现了对直升机仝耦台飞行动力学模型的辩识。根据BO-105直升机的飞行试验数据．使用该方法对B(¨05商升机全耦台飞行动力学模型进行r辨i}{和验鹾。最后．通过与传统辨识方法进行对比研究最示了本文方法的先进性。1飞行试验数据研兜使用的是B()105直升机恳停状态的频率扫描飞行试验数据。该数据来自于20世纪80年代德国国家航空航天研究院(DLR)对BO105直升机进行的飞行试验”’．已经成功应朋于直升机飞行动力学的理论建模和参数辨识中“”。敬据有两组．分别与纵向周期变距和横向周