无人直升机悬停∕低速段对象特性分析与控制策略研究

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1、总第187期2016年第1期直升机技术HELICOFI琶RTECHNIQUEGeneralSerialNo．187No．12016文章编号：1673—1220(2016)01-018-06无人直升机悬停／低速段对象特性分析与控制策略研究袁涛(海装驻武汉地区军事代表局，湖北武汉430060)摘要详细分析了无人直升机悬停／低速段的对象特性，从直升机的运动机理入手定性地分析了无人直升机飞行过程的时域特性，采用典型直升机数学模型定量地分析了悬停／低速段的稳定性和操纵性。在分析对象特性的基础上，提出了无人直升机四个通道的控制律策略，并通过仿真分析，对比了加

2、入控制律前后的无人直升机的稳定性和操纵性，验证了所提出的控制策略，能较好地解决无人直升机在悬停／低速段稳定性差、操纵困难等问题。关键词无人直升机；悬停／低速飞行；对象特性；飞行控制中图分类号：V249．1；V279文献标识码：AThePlantCharacteristicsAnalysisandControlStrategiesDesignofHoverandLow—-SpeedFlightforUnmannedHelicopterYUANTao(WuhanMilitaryRepresentativeBureauofNavyEquipmentDe

3、partment，Wuhan430064，China)AbstractThispaperdetailedanalyzedtheplantcharacteristicsofhoverandlow—-speedflightforunmannedhelicopter，Firstly，analyzedtheflightintimedomainfromthephysicalmechanismofmovementqualitatively．Secondly，analyzedthestabilityandthecontrollabitityfromthemat

4、hemati-calmodelofunmannedhelicopterquantitatively．Thirdly，presentedthecontrolstrategiesforthefourchannelswiththeanalysisoftheplantcharacteristics．Lastly，comparedtheplantwiththecon—trolledplantOilthestabilityandthecontrollabitity．Fromthesimulation，wecouldreachaconch-sionthat，t

5、hestrategiespresentedinthispapercouldsolvetheshortageofthestabilityandthecon-trollabitityofunmannedhelicopter．Keywordsunmannedhelicopter；hoverandlow—speed；plantcharacteristics；flightcontrolo引言藿嚣蠹嚣妻爹茬篓霍翟嚣喾馨罄淼差鼍悬停和低速飞行是直升机特有的飞行模态，也行状态。是无人直升机最常用的飞行状态。直升机悬停／低本文分别从定性和定量两方面分析了无人直升收

6、稿日期：2015—1l—04作者简介：袁涛(1972一)，男，湖北武汉人，硕士，高工，主要研究方向：直升机研制质量监督。2016年第1期袁涛：无人直升机悬停／低速段对象特性分析与控制策略研究。19·机在悬停／低速段的对象特性，细致地分析了悬停／低速段的运动机理，结合悬停／低速段的飞行特点，总结出运动特点，在单通道控制律设计的基础上给出了无人直升机四个通道的控制律设计方案，可以为无人直升机悬停／低速段飞行性能的提升提供一定的理论参考。1悬停／低速段的控制难点处于悬停／低速飞行的直升机，其机身前行的气动效应可以忽略，但是由于旋翼处于高速旋转状态，旋翼

7、的高速下洗涡流使得机身受到向下的阻力、侧向力和偏航力矩，水平安定面也受到向下的阻力，此阻力产生的力矩对机身的纵向力矩作用较大，而水平安定面对直升机纵向的静稳定性影响很大，这一系列的影响使得直升机在悬停／低速段的对象特性更复杂Llj。此外。由于旋翼和机身是柔性连接的，直升机类似旋转的圆盘下面挂着一个重物，极易出现钟摆效应。旋翼产生的合力臂较小，对机身姿态的操纵较为困难，跷跷板结构的旋翼没有桨毂力矩，俯仰和滚转的力矩都靠旋翼的拉力来完成，进一步增加了操纵的困难。而直升机在悬停／低速段自身的稳定性差、振动严重、速度测不准等因素也都给悬停／低速段的控制增

8、加了难度。2悬停／低速段的稳定性2．1悬停／低速段的时域特性典型直升机的数学模型是全包线非线性动力学模型，可以通过配平线性化、降阶处理，