无人直升机悬停与前飞过渡段飞行的控制律研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S134学科分类号：081101硕士学位论文无人直升机悬停与前飞过渡段飞行的控制律研究研究生姓名王奕学科、专业控制理论与控制工程研究方向飞行控制技术指导教师祖家奎副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonFlightControlLawofTransitionPhasebetweenHover/LowSpeedandForwar

2、dFlightforUnmannedHelicopterAThesisinControlTheoryandControlEngineeringByWangYiAdvisedbyZuJiakuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015ii承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人

3、和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(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论文摘要无人直升机是一种通过无线电遥控或者自身程序控制的不载人直升机，由于其独特的飞行特点而具有重要的军事和民用价值。从直升机飞行的角度可以将其分为起飞/着陆、悬停/小速度、过渡飞行以及前飞等四个飞行阶段，而过渡段是悬停与前飞间的中间阶段，是连接悬停与前飞之间的桥梁。本文针对某型样例无人直升机过渡阶段飞行的特殊性，通

4、过分析和研究其运动机理和对象特性，设计各个通道的控制律，提出切实可行的功能定义和控制方案，旨在解决样例无人直升机在悬停与前飞过渡段飞行的若干控制问题，提高过渡段飞行控制的稳定性、精确性和安全性。由于无人直升机的高阶、强耦合、不稳定性等特点，其稳定性、操控性和耦合性等对象分析是控制律设计和研究的重要内容。因此本文在样例无人直升机非线性动力学模型的线性化基础上，从配平特性、模态特性以及通道耦合效应等角度，分析了该样例无人直升机在过渡段的对象特性，并针对其特殊性提出了相应的控制思路和控制律研究方案。根据无人直升机过渡段的飞行特点，控制律的研究分为悬停至前飞过渡和前飞至悬停过渡两个部分。论文定义和设

5、计了悬停至前飞过渡的高度保持加速模态、爬升模态等；以及前飞至悬停过渡的高度保持减速模态、下滑模态和定高定点回收模态等。根据每个模态的功能定义和多通道协同控制需求，采用经典控制方法设计了各个通道的控制律，进而提出了每个模态的控制策略与实施方案。论文最后设计了无人直升机全过程飞行以及包含各个过渡段飞行模态的样例航线，在等效（软件再环）仿真环境下进行了仿真验证，并通过分析无风和有风干扰下全过程飞行和过渡段飞行每个模态的仿真数据，检验了所设计的过渡段的控制律和控制策略具有良好的控制效果，并且具备一定的鲁棒性，达到了论文的研究目标。关键词：无人直升机，过渡段，线性模型组，控制律，飞行模态，等效仿真i无

6、人直升机悬停与前飞过渡段的飞行控制律研究ABSTRACTUnmannedhelicopterisahelicopterwhichiscontrolledbywirelessremoteorprocedure,itisvaluableinmilitaryandcivilianbecauseofitsspecialflightcharacteristic.Theflightphasecanbedistributedintofourstages,suchastake-off/landing,hover/low-speed,transitionandforwardflight,thetransiti

7、onphaseisastagebetweenhover/low-speedandforwardflight.Inviewofthespecialtyofthetransitionphaseofsampleunmannedhelicopter,thisarticlewilldesigncontrollawofeachchannelandraiseaviablecontrolprogrambyanalyzinga