基于最小二乘与自适应免疫遗传算法的小型无人直升机系统辨识

针对小型无人直升机不稳定、强耦合、非线性的特点,建立了小型无人直升机悬停状态下飞行动力学模型.设计了一种基于最小二乘与自适应免疫遗传算法(LS-AIGA)的辨识算法,根据辨识实验的需要研制了机载微小型导航、制导与控制系统(MGNC).利用飞行实验数据,根据本文的辨识算法,对所建立模型中未知参数进行了辨识.最后对得到的模型进行了验证与分析,结果表明模型辨识数据与真实飞行实验数据匹配较好,所建立模型能够反映小型无人直升机动力学特性.     

基于预测误差法小型无人直升机系统辨识

小型无人直升机是一个复杂的非线性系统.为了真正实现小型无人直升机的自主飞行,须对其进行数学建模.本文重点分析了Raptor90小型无人直升机悬停时横、纵向通道的输入输出关系,通过严格推导得到横、纵向通道通的参数化模型.通过试验采集得到输入输出数据,利用基于预测误差法的输出误差模型进行系统辨识.模型预测数据与实际飞行实验室数据的比较表明,所建模型很好的反映了小型无人直升机在悬停状态下的动力学特性,可在该状态下基于此模型进行飞行控制器的设计.     

改进的频域辨识方法及其在直升机建模中的应用

本文提出了一种改进的直升机状态空间模型的频域系统辨识方法.该方法根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应.将模式识别中的K平均理论应用到搜索状态空间模型代价函数的最小值中,根据机理建模结果拟合频率响应得到线性的六自由度直升机状态空间模型中的待辨参数.频率响应的计算中应用了一种复合窗函数方法,该方法综合不同窗口长度的频率响应得到一组优化的结果,显著增加了动力学模型频带和频率响应的精度.比较辨识得到的模型和飞行试验数据响应结果表明,辨识得到的模型较好地反映了该型无人直升机在悬停状态下的动力学特性.     

遥控模型直升机分通道模型辨识方法研究

设计了嵌入式控制系统,研究了小型遥控直升飞机在悬停状态的模型辨识方法.按照遥控直升机的4个控制输入(纵向周期变距、横向周期变距、总距、以及尾距),直升机的运动可分解为俯仰、倾斜、升降和航向4个通道,分别采用分通道飞行实验数据,通过Matlab辨识工具,得到了遥控直升机在悬停状态下各通道的单榆入单输出控制模型.飞行实验数据的验证结果表明,分通道数学模型可以很好地反映相应通道的动态特性,对实现遥控直升机自动驾驶控制具有重要的应用价值.     

小型无人直升机纵横角动态耦合辨识建模

针对小型无人直升机耦合建模问题提出了一种频域解耦辨识建模方法,该方法通过处理针对耦合辨识的实验数据得到指定频域范围内被辨识耦合的频域特性,对频域特性进行拟合从而获得耦合模型.提出了适用于多输入输出(MIMO)系统的频域特性计算方法,定义了一种复合相干函数并证明其能够用于表达在耦合通道辨识中输入输出的相关性.基于该方法,对一种小型无人直升机在悬停状态的纵横角动态耦合模型进行了辨识,并将耦合模型加入到直升机仿真模型中考察其对模型预测精度的影响.模型预测输出与实际输出的比较表明,相较于普通模型,考虑了耦合动态的仿真模型能够更为精确地预测实际输出.     

基于LQR的无人直升机姿态控制器设计

无人直升机控制系统是一个易受环境干扰的、各通道相互耦合的非线性系统.为了实现无人直升机能在不同环境下自主飞行,需要设计抗干扰能力强的控制器;采用系统辨识的方法得到直升机横向通道和纵向通道姿态环路的线性系统模型;根据线性最优二次型理论,对直升机横向通道和纵向通道的姿态环路设计了LQR最优控制器,使用MATIAB仿真选取最优控制器参数后,在ALIGN 700N直升机上进行了实际飞行试验,仿真和飞行试验表明,采用LQR控制技术设计的无人直升机姿态控制器具有较强的鲁棒性和实用性.     

小型无人直升机模型辨识数据处理方法研究

针对小型无人直升机模型频域辨识过程中的姿态角速率测量误差,提出了一种飞行数据处理方法。该方法采用飞行试验扫频测试技术,确保激励信号能够满足不同频段下模型辨识对飞行数据的需求;设计基于有色噪声的卡尔曼滤波器以降低紊流风场对飞行测量数据的影响,同时,对飞行测量数据使用数据预处理的方法以剔除测量噪声、野值、直流成分和低频分量。在小型无人直升机系统各通道中进行验证,验证结果表明,所提出的飞行数据处理方法能够满足小型无人直升机模型辨识对姿态角速率数据精度的要求,为精确建模提供了较高质量的飞行数据。     

一种小型无人直升机自主起飞控制方法

针对小型无人直升机(Small-scale unmanned helicopter, SUH) 起飞过程中过度依赖于地面飞行手的问题, 提出了一种基于经验知识与系统辨识的自主起飞控制方法. 首先, 通过研究专业飞行手手动操纵小型无人直升机起飞过程中高度与油门、总距舵量等信息的对应关系, 分析了利用学习飞行手的操纵行为实现小型无人直升机自主起飞的可行性, 并设计了小型无人直升机自主起飞控制流程. 引入了安全高度及变增益控制以提高自主起飞过程中的飞行安全性能, 利用不完全微分控制方法抑制了微分高频噪声. 其次, 为了获取自主起飞过程中控制参数, 采用自适应遗传算法对小型无人直升机动力学模型进行了辨识, 在动力学模型的基础上进一步辨识得到了飞行控制参数. 最后, 通过在小型无人直升机平台进行的实际飞行实验, 验证了本文方法的有效性.     

小型四旋翼直升机的建模与仿真控制

针对实现对小型四旋翼直升机的飞行控制,为提高飞行性能和加强稳定性,根据四旋翼直升机特有的机械结构和飞行原理,利用牛顿-欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的飞行动力学数学模型,而且对该型进行了合理的简化.同时在Matlab/Simulink仿真环境下,采用直升机动力学模型搭建了模块化、层次化的系统仿真图,并通过PID控制算法对直升机悬停状态进行仿真,实现了直升机姿态控制.仿真结果表明在具有小扰动的条件下,模型能够仿真小型四旋翼直升机的飞行状态,满足直升机飞行姿态的控制要求.     

基于切换模型的无人直升机偏航通道系统辨识方法?

针对直升机偏航通道中舵机控制量的饱和非线性问题,提出基于切换模型的无人直升机偏航通道系统辨识方法。首先分析无人机偏航通道的特征,建立包含饱和单元的切换模型。其次通过扫频实验采集辨识所需的数据,并在频域下采用遗传算法辨识得到切换模型的所有参数。再根据实验数据分析辨识模型的残差序列,得到系统的残差模型,并利用该残差模型修正辨识得到的无人机偏航通道模型,进一步提高模型的准确度。最后通过实验数据分析文中模型的准确性,并利用该模型设计无人机飞行控制器。实验结果也证明模型的有效性。