无人直升机悬停及小速度飞行精确控制设计与仿真

《无人直升机悬停及小速度飞行精确控制设计与仿真》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、总第166期2011年第l期直升机技术HEUCOFrIERTECHNlQUETotalNo．166No．120ll文章编号：1673一1220(2011)0l旬30旬7无人直升机悬停及小速度飞行精确控制设计与仿真赖水清，严峰，段镖(中国直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要采用姿态内回路和位置外回路的控制方法，设计无人直升机悬停及小速度飞行控制律，并进行仿真验证控制的精确性。关键词无人直升机；悬停及小速度飞行；精确控制中图分类号：V249．12；V211．73文献标识码：ADesignandSimulationof

2、PreciseControlinHoVerandLowSpeedFlightStateforUnmannedHelicopterLAIShuiqing，YANFeng，DUANBiao(ChiMHeIicopterResearch明dDevelopmentI璐titute，Jingdezhen33300l，Chi腿)AbstractThisp印erdescribethedesignofhoVerandlowspeedstatecontrollawbyusingthemethodofanitudecon扛Dl鹊innerlo

3、opandpositioncontI．olasoutloop，粕dvalidatecontrDlpreci-sionbysimul撕on．1(eywordsunmannedhelicopter；hoverandlowspeedflight；precisecontrolO引言，无人直升机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的高阶负载系统，而舰载无人直升机因其使用环境与陆用无人直升机的重大差别，使之在自动起降控制过程中体现出如下难点：1)对象特性差异显著，建模及模态分析的难度加大；2)强非线性与高阶动力学特性对控制品质的影响加大

4、；3)飞行模态数量多，模态间的过渡复杂；4)紊流和舰面流场波动增加控制风险；5)舰体的航行和波动严重影响控制的精度和安全性；6)着舰环境的恶劣增加了导航和轨迹跟踪控制的难度。由于舰载无人直升机在自动起降控制过程中体现出上面六个方面的技术难点，其在自动起降过程中需要解决的关键控制技术如下：1)鲁棒的姿态控制和航向控制；2)舰面上空悬停／小速度跟随控制；3)模态间的过渡控制；4)舰船运动对自动起降控制的补偿；5)自动着舰轨迹线设计；收稿日期：20lOJ07—1l作者简介：赖水清(1964一)，男，江西丰城人，研究员，主要研究方

5、向：直升机飞行控制。2011年第1期赖水清，严峰，段镖：无人直升机悬停及小速度飞行精确控制设计与仿真。31·6)着舰过程中的相对位置控制精度；7)自动着舰的导航控制策略等。根据上述关键技术，实施舰面起降的基础在于无人直升机悬停／小速度段的控制律设计。因为在无人直升机实施舰面起降的过程中，无人直升机相对舰船运动始终处于小速度飞行状态(通常小于15—n／s)，直升机在此飞行阶段的动力学特性复杂，且风的因素对飞行安全性影响极大，因此在对海浪和舰面运动补偿的基础上开展精确的悬停／小速度段控制律设计，是实现无人直升机舰面起降的关键。

6、1悬停／小速度段控制律设计方案1．1控制策略无人直升机悬停／小速度段的控制策略是以位置控制为核心，姿态作为增稳控制；强化舰面运动的前馈补偿机制，以提高对不确定环境的适应能力，最终通过(相对)位置控制实现无人直升机悬停／／J、速度段的飞行功能。．飞行控制律采用内外环结构。内环是姿态环，主要起控制增稳作用；外环是位置环，位置控制转化为姿态指令和直接前馈控制；舰船运动则转化为姿态指令修正和前馈补偿上。此外，鉴于无人直升机在悬停／小速度段速度信号误差大的特性，不能很准确地控制飞行速度，速度控制需与位置控制紧密耦合，以满足悬停与低速

7、情况下自动飞行或着舰的性能要求。1．2飞行模态根据无人直升机的工程应用需求，将悬f彰小速度段的基本飞行模态分为：悬停模态、小速度前飞／后飞模态、小速度左侧飞／右侧飞模态、垂直爬升／下降模态、悬停回转模态和小速度平转弯模态等。具体的模态定义如下：1)悬停模态：指保持位置、高度和航向不变的飞行模态。纵向通道和横向通道为位置保持，总距通道为高度保持，航向通道为航向保持。2)小速度前飞／后飞模态：纵向以小速度飞行，横向位置、高度和航向均保持不变。小速度前V后飞模态对应于纵向通道的位置跟踪控制，其它通道为保持状态。3)小速度左侧1∥

8、右侧飞模态：横向以小速度飞行，纵向位置、高度和航向均保持不变。小速度左侧飞／右侧飞模态对应于横向通道的位置跟踪控制，其它通道为保持状态。4)垂直爬升／下降模态：只有高度变化，纵／横向位置和航向均保持不变。垂直爬升／下降模态对应于高度的跟踪控制，其它通道为保持模态。5)悬停回转模态：只有偏航角发生变化，纵