基于频域方法的小型无人飞行器系统辨识方法研究

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1、基于频域方法的小型无人飞行器系统辨识方法研究陈舒2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540基于频域方法的小型无人飞行器系统辨识方法研究作者姓名陈舒学院名称机电学院指导教师王正杰副教授答辩委员会主席李东光教授申请学位工学硕士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月MethodanalysisofFrequency‐DomainSystemIdentificationforasmallsizeunmannedaircraftCandidateName：ChenShuSchoolorDep

2、artment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Assoc.Prof.WangZhengjieChair,ThesisCommittee：Prof.LiDongguangDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ArmamentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师

3、的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要本文研究利用系统辨识方法为小型无人飞行器建模。建立精确的飞行器数学模式是进行飞行器控制系统设计的基础。系统辨识是建模的良好工具，适用于解决飞行器系统建模这类，对于所辨识模型的结构知道一部分，但有许多未知参数需要确定的问题。系统

4、辨识方法是通过大量的实验，测量系统的输入输出之间的动态响应，从而确定系统数学模型的结构。相比传统的数值分析建模方法，对于系统结构信息需求量较小，无需进行大量繁琐而低精度的测量。相比通过风洞试验建模的方法，系统辨识实验所需的经济成本更低，对实验条件的要求更少。同时，系统辨识结果可以与风洞试验结果相互验证，得到更准确的系统模型。因此，系统辨识方法多用于飞行器建模。然而对于小型无人飞行器来说，利用系统辨识方法建模不能完全照搬载人飞机的模型辨识经验。小型无人飞行器可搭载的设备有限，使得机载系统能采集到飞行姿态信息量受到限制，同时，也使系统辨

5、识最优输入难以实现。本文根据所针对的小型无人飞行器结构特点和对其建模的目的，选择合适的系统辨识方法。对时域、频域辨识方案，从适用范围、需求条件、可用工具、制约条件等方面进行对比，最终选择了频域方法进行辨识，并利用频率响应算法，得到合理的辨识准则。本文设计了针对小型无人飞行器系统辨识的飞行实验。该实验可以为系统辨识提供丰富的输入输出数据，能包含尽可能多的飞行器动态响应信息。本文设计了利用机载DSP为飞行器输入自动扫频信号的方法，实现了系统辨识最优输入方案的设计。利用实验数据，通过频率响应辨识和参数模型辨识，建立了飞行器横、纵两个通道的

6、传递函数模型，和多组飞行器舵机与各姿态角速度、加速度之间一对一的频率响应模型，利用这些模型来分析飞行器的动态响应特性并进行飞行器姿态控制系统的设计。为了验证辨识模型的有效性，进行了模型的时域验证，并对模型的误差来源和模型对参数变化的敏感度进行分析。结果证明本文的系统辨识方法有良好的可行性和可信度。关键词：小型无人飞行器；系统辨识；频率响应；扫频输入；模型验证IAbstractTheresearchobjectinthispaperissystemidentificationforasmallsizeunmannedaircraft.

7、Buildingmodelforanaircraftisofvitalimportantfordesignofaircraftcontrolsystem.Systemidentificationisanaccuratetoolformodelbuildingtasks,sinceaircraftsystemonlyhassomeunknownparameter.Systemidentificationmethoddependonalargenumberofflightdata,andidentifiedtheresponsebetw

8、eeninputsignalandoutputsignalofthesystem.Comparedwithcalculatemethod,systemidentificationneedslessmeasurethatcan`tins