无人直升机悬停/小速度段的飞行控制律设计技术研究

作     者：黄海 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄一敏

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：无人直升机 悬停/小速度 飞行控制 模态实现 等效飞控 

摘      要：无人直升机具有独特的飞行能力,兼有无人机与直升机的共同优点,具有重要的军事和民用价值。悬停/小速度段是无人直升机应用最广的飞行区域,有效解决悬停/小速度段的飞行控制问题能够增加无人直升机的飞行能力,提高试飞安全性。本文正是为了解决无人直升机悬停/小速度段飞行控制问题而进行无人直升机悬停/小速度段控制技术研究。 根据无人直升机悬停/小速度段的飞行特点,本文定义了悬停/小速度基本飞行模态,结合不同模态的特点提出以位置控制为核心的悬停/小速度段总体控制方案。对比研究了三种增稳控制和四种位置控制,给出了不同控制方案的特性差异和应用场合,为无人直升机悬停/小速度段的增稳与位置控制方案的选取提供参考。详细研究了比例、积分、微分和前馈补偿控制在高度与航向控制中的作用,设计了基于PID反馈和前馈补偿复合控制方法的高度与航向控制律。提出了无人直升机悬停/小速度段飞行模态的具体实现方案,实现了无人直升机悬停/小速度段飞行功能。 根据“等效飞控的开发思想,利用RTOS32兼容WIN32多线程函数的特点实现了飞控软件的等效开发与快速验证环境,并将FlightGear开源飞行模拟软件与仿真环境集成,实现无人直升机飞行功能仿真验证。仿真结果表明飞行模态的实现方案是合理的,基于FlightGear内置动力学模型的飞控功能仿真验证方案是可行的。 最后通过仿真和试飞对比了基于姿态角阻尼内回路的位置控制和基于姿态角指令内回路的位置控制,试飞与仿真结果是一致的,表明姿态角阻尼内回路位置控制更适合无人直升机悬停/小速度段的位置控制。