无人直升机鲁棒飞行控制仿真

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1、南京航空航天大学硕士学位论文φ风扇桨叶剖面的来流角ϕ,ϕ总距和风扇总距操纵量DFCOLLDFγ直升机滚转角ψ直升机偏航角ω,,ωω直升机角速度三分量υ挥舞运动固有频率(无因次)xyzσ旋翼/风扇桨叶实度χ旋翼尾迹倾角ρ大气密度µ风扇桨盘平面的来流速度DFλ风扇桨盘平面垂向入流速度DFvii承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入

2、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章：绪论1.1研究的背景与意义无人直升机属于无人飞行器的一种，其结构上属于旋翼飞行器，能够实现垂直起飞和降落；具有任意方向飞行；可悬停对预定目标进行定点监视；也可实现贴地飞行从而有效的躲避雷达探测；对起飞着陆场地要求低；地面设备简单，架设和撤收时间短等优点，若发动机空中停车，可以通过旋翼自转下滑实现安全着落，因此无人直升机的作用受到了越来越多的肯定。首先，无人直升机无人员伤亡，可执行高危险性任务，如敌方阵地搜索、战场上大规

3、模杀伤性武器探测、原子能核辐射监测、高压线路检测和活火山观测等。其次，它的设计不受乘员生理限制，可根据任务优化，充分发挥它的特长，如长航时、无视界要求，可作为有效的空中通信中继平台；可进行高强度、超机动飞行，在危险的境中使用。但是，无人直升机的飞行动力学复杂，是一个多变量、强耦合、不稳定的非线性系统。首先，它在悬停、低速、高速等不同飞行阶段的空气动力特性差别很大；其次，它的操纵耦合严重，对外部扰动和环境的变化十分敏感；最后，相对于有人驾驶直升机，它的任务范围更广，机动性更强，使用条件更加复杂。要使它具有自主飞行能力，对控制系统设计要求非常苛刻。它的控制系统不仅要在无人直升机不同的

4、飞行状态都能实现姿态控制、轨迹控制等底层控制能力，而且还需要现在监督管理、协调计划，故障诊断等控制能力。无人直升机飞行控制系统的研制涉及计算机、控制理论、通信、传感器以及软件工程等技术，是一个多学科交叉研究领域。自主飞行控制系统是无人直升机设计中的关键部分，而在飞控系统的研制过程中，飞行控制律的设计又非常重要。设计一个具有较好鲁棒性的飞行控制控制律能够增强无人直升机飞行安全，因而飞行控制律的设计受到了人们较为广泛的重视。早期的直升机飞行控制率的设计主要采用经典控制方法，目的是围绕着直升机增稳控制、提高操纵性能和飞行品质，以及如何有效的利用多个控制装置是的直升机的飞行性能达到最高的

5、水平。随着控制理论的发展，出现了很多新的现代控制方法，例如模糊PID控制、线性二次高斯LQG控制、预测控制、鲁棒控制、自适应控制以及神经网络控制等。各种方法都有自己的优缺点，本文在此选用基于回路成形的H∞鲁棒控制器设计方法设计无人直升机飞行控制律。1.2国内外无人直升机的研究现状美国从20世纪50年代开始研制无人直升机，到1960年8月12日，世界上首次出现有实用价值的无人直升机，即美国QH-50A。此后，其他国家相继研制无人直升机，但存在许多技术难点未能突破，因而发展缓慢。20世纪80年代后，随着微电子技术、信息技术、隐身技术和传感器技术的迅速发展，无人直升机技术发展也跃进一个

6、新的台阶，各种多功能、智能化、高可靠1无人直升机鲁棒飞行控制仿真性、使用简便的无人直升机相继出现，如表1所示，有美国的A-160、日本的yamahaR-50、加拿大的CL-227、俄罗斯的KA-137等，这些无人直升机在军事和民用上都发挥了很大的作用[1]。表1.1世界各国先进的无人直升机图片UAH描述图片UAH描述FrontierSystems,Yamaha,FreebirdA-160（美陆R-Max（日本）军，海军，海军陆战队）EADS/Dornier,TAG,Seamos（德国）TAG-M80（欧洲）Kamov,KA-137（俄罗Bombardier斯）Aerospace,

7、CL-327（加拿大）我国对无人直升机的研究起步较晚，始于上世纪90年代[2]。大部分型号的无人直升机均处于研制阶[3][4]。北京航空航天大学研制的共轴双旋翼“海鸥”直升机在1995年实现首飞，后来改型为M18无人直升机，该机目前人还在研制阶段。南京航空航天大学于1990年开始研制的“翔鸟”无人直升机在1996年实现首次试飞成功。小型航模无人直升机M-22可目视遥控。上海雏鹰科技有限公司与南京航空航天大学合作，将美国的“Mini-500”单座有人驾驶直升机改制成“LE-110”