无人直升机飞行控制及可视化飞行仿真平台的研究

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1、UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目无人直升机飞行控制及可视化飞行仿真平台的研究学科专业控制理论与控制工程学号201221070512作者姓名郑别指导教师葛树志教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

2、献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：部糾日期：％心年f月;^曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：奇句导师签名:日期：20&年t月式日分类号密级注1UDC学位论文无人直升机飞行控制及可视化飞行仿真平台的研究（题名和副题名）郑钊（作者姓名）指导教师

3、葛树志教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制理论与控制工程提交论文日期2015.04.15论文答辩日期2015.05.21学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月22日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheRESEARCHONFLIGHTCONTROLAND3DVISUALFLIGHTSIMULATIONPLATFORMOFTHEUNMANNEDHELICOPTERAMaterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTe

4、chnologyofChinaMajor:ControlTheoryandControlEngineeringAuthor:ZhengZhaoAdvisor:Prof.ShuZhiGeSchool:SchoolofAutomationEngineering摘要摘要无人直升机有很多自己独特的优势，这些优势让无人直升机被应用在军民的各个领域。然而，国内对于无人直升机的研究仍处于发展阶段，尤其是控制算法、三维可视化仿真等关键技术，仍有长足的发展空间。另一方面，无人直升机作为非线性、高耦合的复杂系统，动态稳定性差，受环境的干扰较大，这些特性都使得无人直升

5、机很难被控制。因此，针对于无人直升机这种复杂系统进行研究在理论和实际应用中都是很有意义和必要的。国外早在上个世纪五十年代就开始了无人直升机的自主控制研究，诸如动态逆控制理论、自适应控制理论、神经网络控制理论等现代智能控制理论被应用于其中。然而，大部分的控制方法由于实现的复杂性和固有的局限性，仍未应用到实际飞行中。国内对于无人直升机的研究起步较晚，与国外的技术水平存在一定的差距。近几年来，无人机更是迅猛发展。因此，对无人直升机的自主控制研究显得尤为重要。PID控制器凭借其控制律简单、适用性强，成为了无人直升机的经典控制算法。然而，PID作为线性控制

6、器应用于非线性系统，仅能在平衡点附近发挥较好的效果，因此，寻求一种适用于无人直升机的、高效全面、工程上又易于实现的控制算法迫在眉睫。本文首先建立直升机数学建模，然后设计独立的飞行控制器，实现姿态自稳定和轨迹跟踪飞行，并具备良好的抗干扰能力。文中所设计的自主控制器分为两个部分：姿态控制器和位置控制器。其中，姿态控制和高度控制采用CMAC-PID复合控制，而水平位置控制采用模糊控制，经过MATLAB仿真验证，该控制器能够取得良好的控制效果。传统的MATLAB仿真验证，不能直观、立体的反映飞行器的实际飞行情况。实物飞行验证调试，成本耗费大、危险系数高，

7、不适用于无人直升机自主控制器的初期研究。本文基于OpenGL设计直升机的可视化仿真平台，结合本文设计的控制器，搭建控制与显示为一体的三维仿真系统，通过在线设计无人直升机的飞行轨迹，验证所设计控制器的控制性能。同时，在三维仿真平台中也预留了无线数传通信的接口，为未来实际飞行的可视化做好准备。关键词：无人直升机，CMAC-PID，自主控制，三维仿真IABSTRACTABSTRACTTheunmannedhelicoptershavesomeuniquecharacteristicssuchasverticaltake-offandlanding,ho

8、vering,andlow-speedflightatlowaltitudes.Helicoptersarewidelyusedinmi