无人直升机悬停状态位置及航向控制技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S128学科分类号：081101硕士学位论文无人直升机悬停状态位置及航向控制技术研究研究生姓名徐凯铭学科、专业控制理论与控制工程研究方向飞行控制技术指导教师黄一敏研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonPositionandHeadingControlTechnologyoftheUnmannedHelicopterdu

2、ringHoverFlightAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyXuKaimingAdvisedbyProf.HuangYiminSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士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。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已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使

3、用过的材料。本人授权南京航空航天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适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要悬停是无人直升机的飞行特色，也是最重要的飞行功能之一。原有飞行控制律解决了基本飞行问题，然而飞行性能不足。本文针对无人直升机悬停控制中几个亟需解决的问题，提出了改进方案。首先，针对课题组缺少置信度高、易用的数学模型的问题，本文研究了Rotorlib软件建模的方法，并针对其线性化的样例无人直升机高阶模型作降阶处理及对象特性分析，为控制律设计及仿真验证打下基础。

4、其次，针对大气扰动下悬停位置精度不足的问题，本文提出了基于地速的位置控制，并形成两种悬停方式：地速悬停和基于地速的高精度悬停，满足了不同的悬停需求。其中基于地速的高精度悬停在大气扰动下的位置精度显著提高。针对悬停段原有航向控制对干扰适应性不足的问题，本文设计了一种基于指令内回路的航向控制方法。该结构以偏航角速率为控制核心，符合无人直升机的特性。对比分析表明改进航向控制加强了对航向干扰的适应性，航向通道的稳定性得到提高。接着，为了搭建控制律快速验证平台，本文设计了等效仿真环境，重点开发了等效飞控软件和仿真模型软件。等效飞控采用windows移植版的实时内核cos-II，保证导航控制模

5、块“等效”性。仿真模型软件基于二次封装的RotorLib模型库开发，提高了易用性。最后，综合对比验证控制律。综合仿真结果表明：本文设计的控制律提高了飞行性能，更适合样例无人直升机使用。悬停回转的试飞验证也表明了本文所设计的控制律的可行性。关键词：无人直升机，Rotorlib，悬停，位置控制，航向控制，等效飞控i无人直升机悬停状态位置及航向控制技术研究ABSTRACTHoverflightisveryuniqueandalsooneofthemostimportantflyingabilitiesofunmmanedhelicopters.Basicflyingfunctionshav

6、ebeenfulfilledbyusingprimarycontrolstrategies.However,theperformancecannotbesatisfactory.Thusthisthesisaimsatseveraldesideratingproblemsandpresentsadvancedcontrolstrategies.Firstly,amingatthelackofdependableandconvenientmathematicalmodel,thisthesisstudiesRotorlibmodelingmethod.Thenreducestheran

7、kofitshighorderlinearizedmodelandanalysesthecharacteristicsofthesampleUAV.Themodellaysafoundationforthecontrollawdesignandsimulation.Secondly,amingatthelackofpositionaccuracyintheatmosphericdisturbance,aground-speed-basedcontrolsc