微小型直升機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近些年來，很多研究機(jī)構(gòu)都在致力于研究飛行器全自主飛行控制的相關(guān)技術(shù)，因?yàn)樽灾黢{駛的飛行器可以無需考慮飛行員的極限條件，更加充分的發(fā)揮出飛行器的性能并且能夠執(zhí)行更復(fù)雜危險(xiǎn)的任務(wù)。當(dāng)前無人飛行器已經(jīng)在戰(zhàn)爭偵察、邊境監(jiān)視、目標(biāo)搜索與火力打擊等軍事需求上得到了廣泛應(yīng)用，而民用商業(yè)領(lǐng)域的災(zāi)害勘查搜救、地理測繪、航拍攝影、電力管道排查、農(nóng)作物輔助種植等應(yīng)用則是它未來發(fā)展方向。飛行器中主要有固定翼和旋翼兩大類，其中固定翼具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)力學(xué)特性穩(wěn)定且

2、對(duì)稱、控制解耦、自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)簡單等特性。然而旋翼飛行器由于具有低速巡航、定點(diǎn)懸停、垂直起降等獨(dú)特的飛行能力，在某些軍民應(yīng)用的場合是不可替代的，所以關(guān)于實(shí)現(xiàn)它的全自主飛行控制的研究也越來越多。直升機(jī)作為最典型的旋翼飛行器，關(guān)于旋翼飛行器自主飛行控制取得的主要研究進(jìn)展大部分都是基于直升機(jī)的，然而它是嚴(yán)重非線性、參數(shù)時(shí)變、高度耦合且不穩(wěn)定的欠驅(qū)動(dòng)多輸入多輸出復(fù)雜系統(tǒng)并且時(shí)刻暴露在多擾動(dòng)的環(huán)境中，目前已有研究成果還遠(yuǎn)沒能解決上述科學(xué)

3、問題，所以有必要進(jìn)一步開展直升機(jī)自主飛行控制相關(guān)的技術(shù)研究。
　　本文開展的研究工作是為更深層次研究直升機(jī)的自主飛行控制提供驗(yàn)證平臺(tái)，將已有的直升機(jī)自主飛行控制理論設(shè)計(jì)方法與工程實(shí)現(xiàn)之間建立橋梁，最終集成出能夠?qū)崿F(xiàn)微小型直升機(jī)自主飛行的試驗(yàn)平臺(tái)。文章解決了直升機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的3個(gè)理論方面的問題：1.由直升機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系入手，總結(jié)出了直升機(jī)的控制輸入與運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸出的4條解耦關(guān)系來輔助控制器設(shè)計(jì)；2.采用控制

4、方法從理論上設(shè)計(jì)了直升機(jī)的自主飛行控制律，并通過X-CELL60直升機(jī)數(shù)學(xué)模型和Matlab軟件完成了仿真驗(yàn)證；3.通過動(dòng)態(tài)修正加速度測量誤差后再積分的方法，成功解決了直升機(jī)速度狀態(tài)估計(jì)問題。同時(shí)，文章在工程實(shí)踐上成功完成了微小型直升機(jī)自主飛行控制試驗(yàn)平臺(tái)的航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成，并在此平臺(tái)上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自主飛行控制系統(tǒng)軟件。目前，控制軟件已成功進(jìn)行直升機(jī)懸停工作點(diǎn)、速度估計(jì)、位置插值、航向鎖定、高度鎖定的飛行試驗(yàn)，結(jié)果證明了自主飛行控制系