小型无人直升机控制系统仿真平台的研究

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1、摘要无人机是一种以自身程序进行控制或无线电遥控的可重复使用的不载人飞机，具有造价低、使用方便、应用范围广等特点，受到越来越多国家的重视。但无人机的控制非常复杂，存在许多不确定因素，直接对无人机进行实验研究有着许多困难。因此，建立无人机飞行控制仿真平台是一个必然选择。一方面，可以对控制结构和算法进行在线仿真；另一方面，可创建出直观、逼真的飞行器的三维虚拟仿真，给研究者一个真实感。这不仅加快了系统研制的速度，而且还节省了大量开支。论文综述了小型无人直升机飞行控制系统的研究现状。详细阐述了无人直升机各个组成模块动力学模型的建模过程，通过简化无人机模型以及坐标变换，建立了包括12个状态变量和4个控制

2、变量的小型无人直升机飞行动力学非线性数学模型，采用4阶龙哥库塔法解算微分方程并给出了算法的程序设计。对于控制器的仿真，既要考虑目前已使用的控制方法，便于研究人员进一步研究或进行比较研究；也要允许研究人员方便增加自己提出的控制方法。本课题设计的无人机飞行控制结构，包括稳定回路和控制回路。稳定回路起稳定飞机姿态的作用；根据无人机沿纵向平面的对称性将控制回路分为纵向控制和横向控制的结构，前者实现无人机飞行的俯仰角控制和高度保持，后者实现滚转角控制。在此基础上，结合OpenGL构建了直升机三维飞行可视化仿真模型和仪表盘的制作，并在VC++开发环境下设计控制器及仿真平台的可视化图形用户界面。该平台是一

3、个可扩展的软件系统，实现了无人机飞行控制系统研究必需的基本功能，可以对飞行状态变量和控制变量等内容进行研究，并且在用户有需要的时候可以增加新功能，添加新菜单来实现控制功能的扩展及验证控制率，满足不同用户对飞行控制软件功能的需求。利用该仿真平台，用户可以选择参数类型和设置参数取值，研究者可以简便地进行控制系统的设计以及进行在线仿真，提高研究开发效率，为后续研发打下良好的基础。关键词：无人机；控制系统；OpenGL；仿真平台广东工业大学]二学硕士学位论文ABSTRACTUAViSareusableunmannedaircraftwhichtobecontrolledbyitsownprocedu

4、reorwirelessremote，withlowcost，easy—to—sue，applicationofawiderangeoffeature，attachedimportancebythegrowingnumberofcountries．However，theUAVcontroliSverycomplicated，therearemanyuncertainfactors，therehavemanydifficultiestodirectesperimentalresearchonunmannedaircraft．Therefore，that’Sanaturalchoicetoset

5、upaUAVflightcontrolsimulationplatform．Ontheonehand，itcansimulateonlineforthestructureandthemethodofcontrol：Ontheotherhand，itcancreateintuitive，1irelikethree—dimensionalvirtualsimulationoftheaircraft，itgivesarealistictoreaearchers．Thisisnotonlyacceleratethepaceofdevelopmentofthesystem，butalsosavealo

6、tofexpenditure．ThethesiSreviewstheresearchstatusofthesmallunmannedhelicopterflightcontrolsystem．elaboratesonthemodelingprocessoftheUAVdynamicmodelofthevariouscomponentmodules．ThroughsimplificatetheUAVmodelsandcoorainatetransformation。itbuildsaflightdynamicsnon一1ineofthemathemationmodelofthesmallunm

7、annedhelicopterthatincluing12statevariablesand4controlvariables，withgetfourbandsLonggeCoulthardsolvingdifferentialequationslawandgivestheprogramdesignofthealgorithm．Astothecontrollersimulation，itisnecessary