无人直升机前飞-悬停过渡控制

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1、总第170期2012年第1期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．170No．12012文章编号：1673—1220(2012)01-031-05无人直升机前飞一悬停过渡控制尹亮亮，黄一敏，祖家奎(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要针对无人直升机前飞一悬停过渡飞行的高精度和安全性要求，提出了一种过渡控制方案。采用自适应在线轨迹生成技术，将过渡过程划分为若干阶段，每个阶段仅采用单通道操纵形式，共同实现过渡段的任务要求。仿真结果表明，该方案能安全地实现飞行高度和飞行速度的过渡，并能够达到过

2、渡飞行的精度要求。关键词无人直升机；过渡控制；轨迹生成；动态调参中图分类号：V249．12文献标识码：AFlighttoHoveringTransitionControlforanUnmannedHelicopterYINLiangliang，HUANGYimin，ZUJiakui(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)AbstractTosatisfythehighpreci

3、sionandsafetyofflighttoforwardtransitionforanunmannedhelicopter，thisarticleproposedatransitioncontrolscheme．Thetransitionprocesswasdividedtoseveralsteps，withtheadaptiveonlinetrajectorygenerationtechnology．Thesteps，atwhichonlyonechannelwasmaneuvered，mettherequirementso

4、ftransitioncooperatively．Thesimulationindi-catedthatthetransitioncontrolschemecouldachievethegoalsofthetransitionprocesssafelyandaccurately．Keywordsunmannedhelicopter；transitioncontrol；trackgeneration；dynamicparameterstuning0引言无人直升机在着陆之前，需要从前飞状态过渡到悬停状态，即前飞一悬停过渡飞行。从飞行过

5、程上讲，前飞一悬停过渡一是要完成高度的过渡，即从前飞飞行高度下降到着陆高度；二是要完成速度的过渡，即从前飞飞行状态过渡到悬停状态；三是要实现位置的过渡，即在进入悬停状态时，悬停点正好位于起降平台上空⋯。因此，前飞一悬停过渡是高度、速度和位置的精确协同控制。从控制上来讲，前飞一悬停过渡控制是要实现前飞状态下空速控制到悬停状态下位置控制的过渡，同时要经历气动特性从前飞状态向悬停状态的过渡，因此过渡控制是一个变结构变参数的控制过程，具有极高的控制难度和风险性。为了实现安全与精确的过渡控制，本文采用自适应在线轨迹生成技术，将前飞一悬停过渡

6、收稿日期：2011—10一11项目资助：本课题由“飞行器自由控制技术教育部工程研究中心(南京航空航天大学)”资助。作者简介：尹亮亮(1988一)，男，硕士研究生，目前研究方向为无人直升机飞行控制。·32·直升机技术总第170期过程细分为若干阶段，每个阶段有各自的控制目标，共同实现前飞状态向悬停状态的过渡。因此要实现前飞控制向悬停控制的过渡，实际上就是要实现空速控制向位置控制的过渡1背景知识2前飞一悬停过渡气动特性分析前飞一悬停过渡控制是要实现前飞控制向悬停控制的转变，因此有必要了解前飞状态和悬停状态下的控制策略。由于前飞状态和悬停

7、状态下的航向通道、高度通道和横向通道控制架构相同旧J，只是控制参数有所差异，所以本文只重点介绍前飞状态和悬停状态的纵向控制策略。1．1前飞控制策略前飞状态纵向通道控制架构如图1所示。从图l可以看出，前飞状态下无人直升机是以空速控制为核心的，这样能保证在受到气流干扰时，机体气动特性不发生变化，保障飞行安全。图1前飞控制策略1．2悬停控制策略悬停状态纵向通道控制架构如图2所示。从图2可以看出，悬停状态下无人直升机是以位置控制为核心的。位置控制能保证无人直升机在受到气流扰动时，仍能实现定点悬停，提高抗扰动能力。图2悬停控制策略2．1配平

8、特性分析图3为对象无人直升机速度从Om／s到20m／s配平变距和配平姿态角的变化趋势，可以看出配平总距、配平尾桨距、配平纵向周期变距和配平俯仰角发生了很大的变化，配平滚转角和配平滚转角变化较小。一7铲3措蹈6仓3、援辩聪奄名∑蛩媒删奄名≤甜斟厦蒜速