微型无人直升机技术研究现状与展望.pdf

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1、综述2004.6微型无人直升机技术研究现状与展望o淳于江民张珩中科院力学研究所[摘要]本文介绍了微型无人直升机的系统结构，并以四种典型的微型无直升机系统为例，对比和分析了微型无人直升机系统的具体实现，从机载闭环控制算法和人机交互两个方面阐述微型无人直升机技术的研究现状。在此基础之上，提出了微型无人直升机研究中亟待解决的问题，最后从信息控制角度，就微型无人直升机系统技术进一步发展中应当着重开展研究的四个前沿性技术提出了具体建议。[关键词]微型无人直升机；发展现状；闭环控制；人机交互[Abstract]Thispaperintroducesthesyst

2、emstructureofsmall-sizeunmannedhelicopter.Withfourtypicalsmall-sizeunmannedhelicoptersystemspresentedhere,therealizationofthesystemiscomparedandanalyzed.Fromthecontrolalgorithmonboardandhuman-machineinterfaceaspects,thepresentstatusofthetechnologyofthesystemisexplicated.Ontheba

3、sisofthis,theexistingproblemsareproposed.Fromtheaspectofinformationandcontrol,fourspecificsuggestionsaboutthefrontierofthetechnologyofsmall-sizeunmannedhelicopterinthedevelopmentareputtingforward.[Keyword]small-sizeunmannedhelicopter;presentstatus;close-loopcontrol;human-machin

4、einterface0.引言究的广泛调研基础之上，本文侧重于从信息和控制由于直升机较固定翼飞机而言，具有悬停等的角度对当前微型无人直升机系统结构、技术发展灵活、机动的飞行性能，因此大多数研究机构选用现状、存在的问题及其发展趋势做了综述。直升机作为微小型无人机的研究平台，此外，微型1.微型无人直升机系统结构无人直升机还被广泛用作空中机器人研究平台。同图1所示为微型无人直升机系统结构图，整个时源于这项技术在控制等领域的挑战性，因此微型系统结构包括：微型无人直升机本体及其载荷系无人直升机受到越来越多政府和研究机构的重视。统；飞行控制系统；数据通信系统。无人

5、直升机的目前美国、德国、瑞典、加拿大等国家均展开了微性能在很大程度上取决于它的飞行控制系统设计，型无人直升机的研究。其中美国主要是在DARPA、这些性能包括各种飞行性能（包括起飞着陆性能和NASA、ARL等政府机构以及洛克马丁等一些相关厂作业飞行性能），飞行安全可靠性，飞行可监控性，商的资助下，由众多研究机构开展微型无人直升机系统可操作性和可维护性，以及人机接口任务设置的研究计划。卡耐基—梅隆大学微型无人直升机已友好性等。微型无人直升机的飞行控制系统通常可于1998年夏完成了NASA资助的对加拿大北极圈的分为遥控及遥控—自主复合型两种。遥控型无人直部

6、分地区进行高精度的地图绘制的项目计划。反观升机用于视距范围内由地面控制人员操纵飞行；遥国内无人机的研究则集中于大型无人侦察机并进而控－自主复合型无人直升机一般都用于视距外由地研究无人战斗机，而对于微型无人直升机的研究较面飞行控制人员监控下进行作业飞行。少。基于以上背景，在对国内外微型无人直升机研机器人技术与应用6综述2004.6表1四种典型微型无人直升机的技术性能7机器人技术与应用综述2004.6飞行控制系统的机上部分包括：三轴姿态稳姿态控制。一般来说，其轨迹控制又是通过姿态定与控制系统，发动机转速稳定和升力控制系控制来实现的。因此，姿态镇定是微型无

7、人直升统，自主飞行控制和指挥系统，飞行轨迹和导航机飞行控制系统设计的核心问题。直升机是不稳控制系统，起飞与精确着陆（舰）飞控系统，及定、时变、非线性、高阶和强耦合的多入多出飞行安全控制系统。飞行控制系统的地面部分包控制系统。设计直升机飞控系统要考虑到飞行包括：飞行操纵和指令系统，飞行监控及显示系线、飞行模态和通道等概念。不同飞行包线下，统，飞行定位系统，飞行自动指令系统。机上、直升机本身特性不断变化。譬如，直升机悬停、地面飞控系统通过无线数据通讯系统耦合为一个整前飞等状态的特性就有显著差异，因此很难建立体系统。下面就以Stanford大学、Georg

8、ia理工统一的、精确的数学模型。此外，对于不同的大学、Rose-Hulman理工学院和中国科学院力学研飞行模