无人直升机悬停姿态控制系统设计

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1、万方数据第40卷第5期2008年10月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniVersityofAeronautics&Astronautics无人直升机悬停姿态控制系统设计王小青1黄一敏1孙传伟(1。枣衰簸空靛关大学壹动诧学貔，骞索，2100ls；2．南京航空航天大学直升榄旋翼动力学国家缀重点实验室，南裘，2lool6)V01．40No．50ct．2008摘要：显模型跟踪控制技术以特有的优点，在崴升机控制中得列了成功应用。以样倒无人直升机为拨制时象，为英设计了基于显模型跟踪法的悬停姿态控制嚣

2、，对显模型跟踪拨制系统中的显横型模块、逆模型横决及疫绩於接模块豫?详细秘论述，筹嫒俦傍透遘争滚耱遥遂为镶，透蟹了悫停与垂速度霹飞懿数字嚣吴务器线注谤奏验证，取得了满意的控制效暴。关键词：免人直升机；飞行拨制系统；悬停控制；姿态控制；显横_凌!跟踪中图分类号：V249．122文献标识码：A文章编号；1005—2615(2008)05一Os83一06A耋专i乏挂deCoH耋rolSys耋e难Desig珏f01．U瓣ma鑫nedHelieop耋eri嚣HoVerH，dngXinoqi，191，H“口儿g’ri，竹i扎

3、1，S“nC^M口抖训ei2(1．CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China}2。Nation8lKeyL曲。礴tory《殳otofefaftAe∞mechanics，N8n螽ngU甄vefsityofAeronauties&Astronauties，N8n羹ng，2lOOl6，China)Abstract：Explicitmodel—follo、ving(EMF)

4、controlisappliedtothehelicoptercontrolbecauseofitsspe—cialty．AnattitudecontrolsystemforanunmannedhelicopterinhoVerisproposedbasedontheEMFmeth。鑫。誓heexplieitlnod￡l，inversemodeland灸edbackco￡髓pensalionbloeksoftheeontrolsystef鞋a挖described．Thecontrolsystemissimula

5、tedinpitchandroHchannelsbythehelicopterinhoverandlowspeedtranslation．Theresultisprovedtobeeffectivebylinearandnonlinearsimulationtests．Keywords：unmannedhelicopter；flightcontrolsystem；hovercontr01；a￡titudecontrol；explicitmodel一黏llowing(E糕F)引姿态控制是直丹机飞褥控制的关键，是速

6、度与航迹控裁酌魔隧路，丙悬箨燕壹舟罄l‘区别予定翼撬的一种主要飞行方式，也是盛升机最基本的飞行科卧¨，因此悬停时姿态控制的实现对无人赢升机来说非常重要。上个世纪80年代，美溪善次将带逆模麓裁馈的显模型跟踪法应用于U}{60黑鹰直升机的先进数传／光传控制系统(ADOCS)项目[2。‘]。近来，国内也尝试将显模型跟踪技术应用予直升机控制领域[s吖】。带逆模型前馈的显模型跟踪控制最大的特点怒在系统的前匈通道增加了对象的逆模型作为前馈模块，戳实瑷控制要求。该方法的主要优点为控制系统高度模块化，易维护与改进，可移植性强，

7、改变飞行任务与飞行品质要求时必需改变显模型即能满足控制与仿真的要求。本文讨论了曼模登跟踪控翻系统结梅，系统枣的照模型、逆模型和反馈补偿模块，并为样铡无人直升机设计了满足控制效果的悬侉姿态控制系统。羧蘩日鹅：2007固s—ll；掺镊鞠鬻：2鞠7一lO一22作者簿介：纛小青，勇，博士研究生，1978年8旁生；黄一敏(联系入)。勇，教授。博意生导耀，E—mail；ym}l驻ang@nuaa。edu．cn。煮黼万方数据S8毒南隶舷空靛天太学学缀第毒O卷1直升机模型分析本文采燎7基蘩鞍隽成熟冀Fligh￡l痛软箨秘]秀榉

8、铡无入赢升撬建立酶数学模型，控制簿设诗对使用在悬停配平、线性化聪的九阶线性模溅。仿真验证时采用六自由度非线性模型。文中的线性模型蠹{熏=度X专嚣鬈‘(1)ly=C幕+D驴式中：x=[≯口妒“秽训户口r]t为直身辊的状态商量，分到力滚转角、蔼抑焦、偏航角、缀离速度、横窟速囊、垂商速度、滚转煮速度、德{霉角速度和偏航角速度在配平点的增量；￡，一C捉以如以]T为盥升机的控制输入，分别为总躐、