小型无人直升机自主起降控制策略的研究

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1、摘要小型无人直升机在军事领域和民用领域都具有广泛地应用前景，引起了世界各国学者的关注和研究，自主起降是其自主飞行控制中重要的一部分，其起降过程短，控制要求高。人工参与要求操作者有丰富的经验，但安全性仍得不到保障。因此，实现自主起降意义重大，是决定小型无人直升机自主飞行能力的重要因素之一。本文以某小型无人直升机作为飞行平台，采用半实物仿真和试飞实验相结合的方法对自主起降控制策略进行一系列探讨与研究，论文的主要工作为：(1)综述了小型无人直升机的国内外研究现状，重点对自主起降控制技术的研究现状和进展做了分析，并探讨了自主起

2、降过程中的关键技术和难点。接着介绍了本飞行平台的飞控系统架构，解决了地面控制站软件开发过程中的一些关键技术。然后结合第一性原理和系统辨识的方法，建立了小型无人直升机起降过程中的全状态非线性模型，并利用“小扰动”法将其线性化。(2)分析了地面效应对自主起降的影响，提出了相应的解决方案，并通过飞行实验●验证了该方案的有效性。针对自主起降过程中对离地高度测量的要求，采用去野值滤波和重调法相结合的方法对垂向速度和声纳高度计信息进行融合，保证了高度测量的准确性和实时性．(3)针对起飞离陆前的力矩不平衡问题，采用在起落架底端安装压

3、力传感器的方法，测量地面支撑力并引入反馈控制中，实现起飞前的力和力矩自动配平，使小型无人直升机失去地面约束后能够垂直起飞．(4)针对小型无人直升机对自主起降的控制要求，设计了相应的控制策略，并通过半实物仿真实验验证了该策略的合理性和有效性。最后，完成了自主降落飞行实验，多次降落实验结果都表明，本文所设计的自主降落控制策略能够成功地完成自主降落任务，并保证着陆时的精度在l米左右．此外，采用基于有限状态机的模态调度策略能够有效地完成自主降落过程中的模态调度，保障了降落过程中的安全性，提高了小型无入直升机的自主飞行能力．关键

4、词：小型无人直升机；自主起降；非线性建模；飞行控制；地面控制站AbstractSmall．scaleunmannedhelicopter(SUH)hasreceivedextensiveattentionfromtheresearchersallovertheworld，asaresultofitswidelyapplicationprospectinbothinmilitaryandciviliandomain．Autonomoustakeoffandlandingisanimportantprocessofauto

5、nomousflightcontrol，whichlastsshortlyanddemandsforpreciselycontr01．Abundantexperienceisrequiredinmanualflightcontrol，yetsafetyisnotensured．Therefore，toenhanceflightabilityofSUH，itisquiteimportanttorealizesafeautonomoustakeoffandlanding．Thisdissertationtakesacert

6、aintypeofSUHasflightplatform．Thehardware．in．100psimulationexperimentandflightexperimenthavebeencombinedtodiscussandresearchthecontrolstrategyofautonomoustakeoffandlandingaswell．Themainworkofthisdissertationis：(1)Atfirst，thecurrentprogressofSUH，aswellastheresearc

7、hofautonomoustakeoffandlanding，keytechnologyanddifficultyispresented．Thenthearchitectureofflightcontrolsystemforthisplatformisintroduced，andthekeytechnologiesofgroundcontrolstationaresolved．AtlastafullstatenonlinearmodelofSUHfortakeoffandlandingisestablishedbyco

8、mbiningfirst—principlesandsystemidentificationmethods，whichislinearizedbymicrovariationsmethod．(2)Theinfluenceofgroundeffectontakeoffandlandingisanalysed，thenthesolut