无人直升机欠驱动飞行控制系统设计与仿真

《无人直升机欠驱动飞行控制系统设计与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、科技论坛:www.tech-domain.com维普资讯科技论坛http://www.cqvip.com第19卷第18期系统仿真学报@Vl01．19NO．182007年9月JournalofSystemSimulationSep．，2007无人直升机欠驱动飞行控制系统设计与仿真张庆杰，朱华勇，沈林成(国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)摘要：针对无人直升机欠驱动特性，采用多回路反馈方法设计飞行控制系统。为实现内回路的姿态解耦，探讨了对角矩阵法、模型逆及不完全状态~．tlt三种控制律的设计，并运用极点配置对不完全状态反

2、馈方法进行了补充，提高了控制系统的动态响应特性。飞行轨迹的跟踪则通过外回路来实现。在MATLAB环境下建立了仿真模型，并验证了飞行控制系统设计的有效性。关键词：多回路；姿态解耦；轨迹跟踪；飞行控制系统中图分类号：V249．1文献标识码：A文章编号l1004—731X(2007)18—4257—04UnderactuatedFlightControlSystemDesignandSimulationofUnmannedHelicopterZHANGQing-jie，ZHUHua-yong，SHENLin—cheng(CollegeofMech

3、atronicsEngineeringandAutomation，NationalUniv．ofDefenseTechnology，Changsha410071，China)Abstract：Multi—loopfeedbackcontrolwasemployedforunderactuatedrTigrhtcontrolsystemofunmannedhelicopter．DiagonaZmatrix,modeZinverseandincomplestatefeedbackmethodwerediscussedtodecouplethea

4、ttitude，andpolesconfigurationwasadoptedtoimprovethecontrolsystemdynamicresponseforthelastmethod．Trajectorytrackingwascompletedthroughtheouterloop，AmodelofunmannedhelicopterflightcontrolsystemwasbuiltinMATLAB，andthesimulationresultsprovethatthecontrolsystemisefficient．Keywo

5、rds：multi—loop；attitudedecouple；tr~ectorytrack；flightcontrolsystem飞行轨迹的跟踪，则是通过外回路来实现。本文最后建立引言了飞行控制系统MATLAB仿真模型，并验证了控制器的无人直升机与其它固定翼飞机相比，具有较强的机动飞设计。行特性，越来越受到各国的关注。像美国的‘蜂鸟’，‘火力1无人直升机的动力学模型侦察兵’等无人直升机都已用于科学研究及军事领域。但不同于固定翼飞机，直升机具有比较复杂的气动特性及不稳定与其它固定翼飞机相比，无人直升机具有十分复杂的动的飞行特性。所以，对无人

6、直升机飞行控制系统的探索研究力学，这是由于其飞行特性决定的。完整的直升机运动方程具有重要理论与实际意义【。。www.tech-domain.com应包括多体动力学方程，如机身、主旋翼、尾旋翼、平尾、为提高动力学模型精度，本文采用直升机带旋翼的动力垂尾等部件。在模型要求精度不高的情况下，一般只考虑前风洞吹风数据模型作为研究对象。对于直升机的欠驱动『3】两个部件进行建模。特性，文献[5]曾提出了内、外回路的概念进行直升机的控制为了降低无人直升机的复杂度，可以将旋翼与机身当系统设计，但只将它局限在姿态解耦上。本文将扩展多回路作一个整体来看『6】，

7、并进行风洞吹风试验，得到无人直升机设计概念，将它应用在无人直升机的整个飞行控制系统的设模型】：计中。X=AX+BU(1)飞行控制系统中，内回路的姿态解耦是核心，它不仅可Y=CX+DU(2)以实现输入输出之间的线性控制，还可以起到直升机姿态增其中，状态向量为=[，，，，Wx，W：，Wy]，物理含义稳的作用。本文分别探讨了对角矩阵法、模型逆及不完全状分别为三个方向的速度分量，俯仰角、倾斜角、偏航角及它态反馈三种解耦方法，并通过极点配置方法对不完全状态反们的角速率；控制向量为U=[BIC,AIC,，]，物理含义馈方法进行了补充，提高了控制系统的动

8、态响应特性。对于分别为纵向周期变距、横向周期变距、尾桨桨距及总距。状态矩阵A和控制矩阵曰，由两类元素组成的。第一类是由运收稿日期：2006—07—10修回日期l2006—11-0