反潜直升机自动过渡悬停控制律设计与仿真

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1、西北工业大学硕士学位论文摘要摘要反潜直升机执行海上反潜任务时，飞行员需控制直升机从较高的高度飞行到离海面较近的高度上进行悬停探测。由于直升机系统本身具有高阶非线性、轴间的高度耦合以及不稳定等特点，同时飞行员在执行该任务时会受到海浪以及海面风的影响，为了减轻驾驶员的操纵负担，提高飞行的精确性，自动过渡悬停功能是必不可少的。本文主要对反潜直升机自动过渡悬停控制律进行设计与研究，其主要内容与创新点如下：1、反潜直升机的建模。直升机模型是进行自动过渡悬停控制律设计的主要对象。为了分析被控对象的稳定性，本文在机体坐标系下对直升机六自由度方程进行小扰动线性化

2、处理，得到直升机全维状态方程。同时，为了建立直升机的大包线运动模型，提出多项式曲线拟合法，为后面的控制律设计奠定基础。2、海浪滤波器的设计。自动过渡悬停过程中，无线电高度计测量的信号中不可避免地混有海浪干扰信号，因此需要对该信号进行滤波处理。本文采用有理谱法对海浪进行建模，设计成形滤波器；其次根据海浪滤波器原理，设计连续型卡尔曼滤波方程，提出两种不同的滤波方法，并对两种方法进行比较。3、自动过渡悬停控制器设计。为了保证过渡轨迹的平滑连续，设计理想的地速和高度曲线，使地速的变化分为两个阶段：第一阶段为线性减速阶段，纵向减加速度为一恒定值，第二阶段地

3、速按照指数规律拉平到零；高度的变化分为三个阶段：第一阶段为抛物线下降阶段，垂直加速度为设定的常值，第二阶段为线性下降阶段，垂直加速度为零，第三个阶段为指数拉平阶段，保证直升机平缓地到达悬停高度。再根据设计的理想曲线设计控制系统，使直升机实际过渡轨迹逼近理想轨迹，并满足设计指标要求。4、基于轨迹跟踪的隐模型解耦自动过渡悬停控制器设计。首先提出隐模型法对直升机进行解耦，消除动态耦合和操纵耦合，保证直升机的姿态响应速度够快够精确；再引入余弦函数，设计一种新型的理想自动过渡轨迹，使自动过渡更平稳；最后对生成的预定纵向加速度和垂直速度轨迹进行时时跟踪，完成

4、精确的过渡轨迹控制。关键词：反潜直升机；海浪滤波器；自动过渡悬停；理想轨迹；轨迹跟踪；隐模型解耦VI西北工业大学硕士学位论文摘要VI西北工业大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTWhenexecutingthetasksofsearchingsubmarineovertheseaforanti-submarinehelicopters,thepilotsmustcontrolhelicopterfromahigheraltitudetoalowerheightclosetotheseasurfaceforthepurposeofhove

5、ringanddetection.Asthehelicoptersystemishigherordernonlinear、highlycoupledbetweenaxesandunstable,whilethepilotexecutesthetaskswillbeimpactedbythewavesandtheseasurfacewind,inordertolightenthepilotburdenofmanipulationandimprovetheaccuracyofflight,thefunctionofautomatictransitio

6、nhoverisessential.Thispaperfocusesonthecontrollawdesignandsimulationofautomatictransitionhoverforanti-helicopters,anditsmaincontentsare:1、modelingofanti-submarinehelicopters.Helicoptermodelisthemaintargetinthedesignprocessofautomatictransitionhovercontrollaw.Inordertoanalyzet

7、hestabilityofhelicopterandlaythefoundationforthecontrollawdesign,thispaperhandlesthehelicopterequationofsixdegreesoffreedombythewayofsmallperturbationsandlinearizationinthebodycoordinatesystem,togetfull-dimensionalstateequation,andusingthepolynomialcurvemethodtocreatealargeen

8、velopemotionmodel.2、designingofwavefilter.Intheprocessingofautomatic