基于模糊自适应pid的无人直升机垂直起降控制律设计研究

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1、基于模糊自适应PID的无人直升机垂直起降控制律设计研究王正峰赵兀君海军驻景德镇地区航空军事代表室垂直起降功能对于无人直升机在复杂环境下完成各种任务有着至关重要的作用。由于无人直升机的非线性、各通道强耦合等特点，设计合理的控制方案和控制方法，成了必须耍研宄的问题。首先研究了无人直升机在垂直起降阶段的飞行方案设计，给出了高度指令和垂向速度指令;在此基础上，针对己有的并行控制律结构，设计了基于模糊自适疲PTD的垂直起降控制律;并对垂直起降过程进行了仿真，以验证控制器的效果。关键词：无人直升机;控制律;垂直起降;模糊自适应;DesignofVerticalTake-offandLan

2、dingUnmannedHelicopterbasedonFuzzyAdaptivePIDControlLawWANGZhengfeng皿0WujunNavyAviationMilitaryRepresentativeOfficeinJingdezhenRegion;Abstract：ThecapabilitiesofVerticalTake-OffandLanding(VTOL)playedaveryimportantroleonunmannedhelicopterstocompleteavarietyoftasksinacomplexenvironment,anditbe

3、camenecessarytoresearchissuesofdesigningcontrolprogramsandcontrolmethodsduetocharacteristicsofnonlinearityandthestrongcouplingofeachchannelofunmannedhelicopters.Thispaperstudiedtheflightpathdesignofunmannedhelicopterinverticaltake-offandlandingphase,theheightandverticalvelocityinstructionsa

4、regiven.Whereafteronthisbasis,inviewoftheexistingparallelstructure,thecontrol1awwasdesignedbasedonfuzzyadaptivePIDverticaltake-offandlandingcontrollaw.Andthenweprocessedthesimulationoftheverticaltake-offandlandinginordertoverifythecontrollereffect.Keyword：unmannedhelicopter;controllaw;verti

5、caltakingoffandlanding;fuzzyself-adaptation;0引言无人直升机的起飞是指无人直升机脱离地面效应后，以垂直或斜爬升方式缓慢爬升到预定高度然后悬停的全过程。该过程屮，根据大气条件、有无大型障碍物、起飞重量等起飞条件的不同，无人直升机通常采用垂直起飞和滑跑起飞两种起飞方式，如图1所示。通常，无人直升机在亟直离开地效范围后稍作悬停，即转入斜爬升前飞。在有风情况下，迎风起飞。这是因为，根据相对运动原理，相当于无人直升机以风速飞行，发动机剩余功率更多，爬升速度更大，起飞更安全LQo图1无人直升机起飞示意图以上两种起飞方式中，垂直起降由于对场地的要

6、求较低，不受高大障碍物影响，可在舰艇甲板完成，应用范围更加广泛，是本文研宂的对象。无人直升机着陆是起飞的逆过程，包括直升机减速、悬停、高度下降、落地的全过程。着陆过程中，无人直升机依旧受到来自降落环境和场地等方面的影响m。无人直升机着陆分为滑跑着陆和垂直着陆两种着陆方式，如图2所示。与无人直升机的垂直起飞相同，无人直升机垂直降落同样可以避免高大障碍物的影响，降低对场地的要求，增大无人直升机的使用范围。无人直升机降落过程可分为悬停阶段、空中阶段和浮地阶段，着陆方法如图3所示，首先飞到悬停点,悬停点位于着陆点正上方，在悬停点进行位置控制，调整姿态，然后控制无人直升机慢慢降低高度，

7、直到触地关闭发动机。图3无人直升机垂直着陆方式示意图本文针对无人直升机垂直起降阶段，研究无人直升机垂直起降的方案设计和控制律设计。设计了模糊自适应PID控制器，来完成对已设计路径的跟踪，最后进行了仿真验证。1垂直起飞/着陆方案设计在无人直升机垂直起降过程屮，高度通道是主控通道，该阶段的主要A标是实现直升机快速准确地爬升/下降到指定位置。但是由于受地面效应、机动性能以及直升机自身非线性、耦合性严重等因素的影响，在垂直起飞和下降的过程中，垂向速度不宜过大，故要对垂直起飞/降落路径进行设计1.1垂直起飞路径设