固定翼无人机频率响应系统辨识技术.pdf

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1、固定翼无人机频率响应系统辨识技术郭民环，等固定翼无人机频率响应系统辨识技术FrequencyResponseSystemIdentificationTechnologyforFixed—wingUAV邦厌环互穹朱砍华(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：针对小型无人机建模困难的问题，采用频域响应系统辨识方法建立了数学模型。首先，在Simulink中建立某已知的非线性模型为仿真对象，设计一组扫频信号作为控制量，并对模型理论输出值进行采样，利用Fn结合分窗法进行频域分析，获得系统频域响应及相干谱。然后。利用遗传算法进行模型参数估计，建立传递函数模型。最后，

2、对建立的传递函数模型进行时域验证。验证结果表明，该方法效果显著。关键词：无人机功率谱频率响应系统辨识FFrSimulink中图分类号：TI-1706文献标志码：ADOI：10．16086／j．cnki．issnl000—0380．201509006Abstract：DuetoestabfishingmodelforsmallsizedUAVisdi伍cnlt，byusingfrequencydomainresponsesystemidentificationmethod。themathematicalmodelisestablished．Firstly-inSimuli

3、nk-certainnonlinearmodelisestablishedasthesimulationobject。asetoffrequencysweepsignalsaredesigned鼬thecontrolvariables．andthetheoreticaloutputvaluesofthemodelaresampled-frequencydomainanalysisisconductedbyusingFFTandcombiningwiththesplit-windowmethod。thesystemfrequencydomainresponseandcoh

4、erentspectrumarcobtained．Then-estimationofmodelparametersisconductedbyadoptinggeneticalgorithm。toestablish垃ansferfunctionmodel．Finally，thetransferfunctionmodelestablishedisverifiedontimedomain。theresultofverificationindicatesthatthemethodiseffective．Keywords：UAVPSDFrequencyresponsesystem

5、identificationFFTSimulink0引言在设计无人机控制律时，往往需要先确定控制对象的数学模型，常用的方法包括风洞实验、计算流体力学(CFD)H-2]和递推式系统辨识H。1与频率响应下的系统辨识‘卜8。。前两种方法成本高、计算方法复杂，相比之下系统辨识方法简单易行，特别适合小型无人机。目前，时域内系统辨识受噪声误差干扰，需要进行滤波处理n卜12]。无人机刚体动力学状态带宽一般较窄，因此在频域内进行辨识能够有效地抑制噪声的干扰‘61。本文主要讨论在频域内对小型固定翼无人机进行系统辨识。利用FFI’结合分窗法进行频域分析，获得系统频域响应及相干谱；利用遗传算

6、法进行模型参数估计，并建立传递函数模型。最后，对建立的传递函数模型进行时域验证。1输Ⅳ输出数据采样频率响应系统辨识流程如图1所示。首先通过对修改稿收到日期：2014—12—08。第一作者郭民环(1989一)，男，现为南京理工大学机械电子工程专输入输出数据进行采样获取系统频率响应，然后通过优化算法进行参数估计获取低阶等价系统模型，最后再对辨识结果进行时域验证。图1频率响应辨识流程图Fig．1Flowchartofft俄Iueneyresponseidentification1．1输入扫频信号为了获取UAV在所需频段上的频率特性，设计的输入量必须包含该段频率特性。通常情况下

7、，输入量可以表示为：一M(t)=Asin[2竹l以下)dz](1)川根据以下)的不同，扫频信号常常可以分为线性调业在读硕士研究生；主要从事导航与控制方面的研究。频和指数调频，如表1所示。26PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONV01．36No．9September2015固定翼无人机频率响应系统辨识技术郭民环，等表1扫频信号类型Tab．1Typesofsweepfrequencysignals类型以f)线性调频指数调频，(r)=厶+K(L一厶)K=Co，ut厂(r)=厶+足(k一厶)K=c2【e印(C】t／k)