小型无人直升机发动机控制系统研究与设计

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1、硕士学位论文ResearchandDesignoftheEngineControlSystemforSmallScaleUAVADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhaoSongtaoSupervisor：Prof.PeiHailongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：201220113451华南理工大学硕士学位论文小型无人直升机发动机控制系统研

2、究与设计华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：走命兩日期：>/5年J月f日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机

3、构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在_____年解密后适用本授权书。以不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：本杉篇曰期：

4、指导教师签名：日期作者联系电话：V电子邮箱：联系地址(含邮编）：摘要小型无人直升机UAV（UnmannedAerialVehicle）以其独特的飞行特性成为时下研究的新宠，然而，大部分在用的小（微）型无人直升机都以大容量电池为动力，为了大幅度提高其航程，小排量二冲程汽油发动机成为最合适的选择。而汽油发动机转速的不稳定会恶化无人机的飞行稳定性，所以必须给汽油发动机设计单独的控制系统。当前国内外对于无人机载汽油发动机的研究成果有限，实用于无人直升机载汽油机的控制系统比较少，本文的研究课题对于实验室现有无人机控制系统的发

5、展有着很大的实际意义。根据该控制系统设计要求，课题可分为汽油发动机机理建模、机械电子实验平台构建、发动机模型辨识、控制器设计、控制效果分析五大部分工作。首先采用汽油发动机平均值建模MVEM(MeanValueEngineModel)方法得出发动机模型结构；然后根据实验室现有的条件，自主设计并搭建机械发动机实验平台，设计电子系统软硬件，并对飞控系统做出改进；采用测量脉冲之间时间间隔的方法也即T测速方法，对发动机测速并使用中位值窗口滤波法处理速度数据，用阶跃响应和M序列（MaximalLengthSequence）响应

6、法结合递推最小二乘法RLS（RecursiveLeastSquare）对发动机进行模型辨识；根据辨识得到的模型设计PID控制器和滑模PID控制器，并测试控制效果；将设计成果集成到现有的无人机控制系统中，验证实际使用效果。本课题的研究成果弥补了实验室小型无人直升机飞控系统的不足，为发动机转速控制的先进控制方法研究奠定了基础。关键词：UAV发动机控制；MVEM；M序列辨识；RLS；滑模PIDIAbstractSmallscaleUAV,whichisshortforUnmannedAerialVehicle,hasbe

7、enanewfocusbecauseofitsparticularflightspeciality.However,mostoftheavailablesmallscaleUAVschoosehighcapacitybatteryastheirpower,whichrestrictsUAV’sflightrange.InordertoexpandUAV’sflightrange,akindoftwo-strokegasolineenginewithsmalldisplacementisthebestselectio

8、n.Butgasolineengine’sspeedisnotsosteadyaselectricmotor,whichcoulddeteriorateUAV’sflyingstability.Aspeedcontrolsystemthatisindependentfromthewholeflightcontrolsystemhastobedesignedf