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.     

小型无人直升机的数学建模与仿真

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,须对其进行精确的数学建模.本文以Raptor90小型无人直升机为研究平台,综合考虑了直升机在不同飞行模态下的飞行特性,利用基于叶素理论的积分算法,对直升机进行非线性建模,并对所建模型进行数值仿真.仿真结果表明,所建模型能够较好的反应直升机的动态响应特性,所建模型具有较高精度,可基于此模型进行飞行控制器的设计.     

四旋翼无人机的旋翼空气动力学建模与仿真

针对四旋翼无人机在不同飞行状态与不同姿态角状态下如何提升飞行稳定性的问题,提出了通过调整俯仰角来提升飞行稳定性的方法.首先建立了四旋翼无人机的机体坐标系与地面坐标系,运用动量理论、涡流理论及叶素理论,对四旋翼无人机的旋翼进行动力学分析,得到桨叶叶素所受到的空气动力及力矩,然后建立了各个旋翼空气动力学系数与飞行稳定性系数的数学模型,并使用MATLAB进行了仿真,得出各个旋翼空气动力学系数在不同飞行状态下的变化情况.最后进行了实际飞行检测,得出四旋翼无人机在飞行过程中,俯仰角保持在[-5°,5°]内,能有效提高飞行稳定性.     

小型直升机LINUX仿真系统构建

无人直升机是一个极具挑战性的多学科前沿性研究课题.介绍了小型直升机LINUX仿真系统的构建过程及其相关软件实现.首先给出了小型直升机飞行控制系统和仿真系统的整体结构,并针对这两个系统结构做了简要说明.介绍了在LINUX平台下,采用FLTK图形界面库和Mesa/OpenGL实现小型直升机3D飞行和状态控制,可视化仿真及实时运动特性再现的过程.仿真系统的结果表明.仿真系统具有独特的优点和良好的开发潜力,可以辅助实际飞行实验进行无人直升机的研究.     

某型直升机飞行性能仿真建模与验证

主要研究并建立直升机飞行性能仿真模型,在直升机动力学和运动学微分方程的基础上重点解算作用在直升机各部件上的气动力和力矩模型,建立旋翼和尾桨的气动仿真模型,对旋翼挥舞运动进行了分析研究,还考虑了平尾、垂尾、机身和重力的仿真模型。最后通过对各飞行性能指标及其验证原理方法的分析研究,验证了静态性能指标,应用标量指标法验证动态性能指标。     

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.     

小型无人直升机横纵向模型参数辨识方法

针对小型无人直升机具有多变量、非线性和强耦合的特点,提出一种基于参数辨识的横纵向通道动力学建模方法.该方法根据直升机小扰动运动学方程和小型无人直升机空气动力学特点,推导了小型无人直升机横纵向通道动力学模型.在悬停条件下通过对模型进行简化,得到小型无人直升机横纵向通道待辨识线性耦合模型.根据飞行实验数据,通过采用多变量最小二乘方法估计出该耦合模型的未知参数.模型预测数据和实际飞行数据的比较结果表明,所建模型能充分反映该小型无人直升机在悬停状态下的横纵向通道动力学特性,具有较高精度且结构相对简单,可作为自主飞行控制器设计的参考模型.     

四旋翼无人机控制系统仿真设计

四旋翼无人机是一种性能优越的垂直起降无人飞行器,能够实现悬停、低速飞行、垂直起降等功能,在军事和民用方面具有重要价值。针对四旋翼无人机的控制系统设计问题,首先分析介绍了四旋翼无人机飞行原理,对其建立动力学模型和运动学模型,然后进行了基于PID控制的控制系统设计,控制系统采用四通道、多闭环的控制结构,包括无人机的姿态控制与轨迹控制。在MATLAB中进行无人机控制系统仿真实现。仿真结果表明,本文所设计的控制系统,能够有效地实现四旋翼无人机的姿态控制、轨迹控制,具有良好的控制精度与响应速度。     

四旋翼飞行器的建模及控制算法仿真

以四旋翼飞行器为研究对象。为实现对飞行器的稳定控制,首先建立了数学模型和动力学模型,又在此基础上设计了PID控制器和模糊PID控制器,通过模拟仿真判断两种控制算法是否能对四旋翼飞行器进行稳定控制。模型的搭建与仿真实验都基于Matlab/Simulink平台,仿真结果验证了模型建立的准确性,以及在所设定的参数下,fuzzy PID控制器对飞行器的控制较好,能够有效控制飞行器的稳定飞行。     

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.     

直升机机动飞行的数学描述及仿真

直升机机动飞行的研究对于直升机空战战术具有十分重要的作用,为此首先介绍了直升机机动飞行的数学描述及仿真方法,即在直升机三自由度模型下用数学方法对直升机机动飞行轨迹进行描述,得出完成机动动作需要施加在直升机上的控制指令,通过指令转换模型将控制指令转换为操纵直升机的操纵量,然后在直升机飞行动力学模型下对机动飞行进行仿真。然后分别对直升机"加速减速"机动和"障碍滑雪"机动科目进行了数学描述和机动飞行仿真,仿真结果验证了数学描述及仿真方法的可行性。     

Robust multi-mode flight control design for an unmanned helicopter based on multi-loop structure

In this paper, a novel multi-mode flight control strategy for unmanned helicopter, in presence of model uncertainty, atmospheric disturbances and handling qualities specification requirements (as in ADS-33E), based on multi-loop control structure combining robust H-infinity and PI control is presented. In inner loop H-infinity optimal control technique is utilized ensuring the stability of flight control system in case of change of helicopter dynamics, model uncertainties and eliminates effect of gust disturbance on helicopter states and collective/cyclic inputs. PI control in outer loop is used to improve the dynamic and static operation characteristics. Attitude control and attitude holding flight mode with satisfactory command response and decoupling characteristics is designed using the proposed control strategy. Analysis and simulation results show that Level 1 handling requirements as defined in ADS-33E are accomplished even when helicopter is under constant wind circumstance.     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的部分。研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步;在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试;文章结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统;主要完成了模型的建立和仿真,研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统并进行了调试;通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理。满足飞行品质技术指标要求。半物理仿真结果可真实可靠的反映直升机的飞行过程。     

直升机飞控系统集成仿真平台开发

研究直升机飞行控制系统的设计开发需求,根据系统集成的开发理念,实现VC++开发环境下Matlab/Simulink和三维实时视景仿真软件Vega的综合集成,利用现有成熟软件工具,在一台普通PC机上开发了一个集仿真管理、控制算法设计与优化、三维可视化于一体的直升机飞行控制系统仿真平台,对直升机飞行控制系统的设计开发提供集成平台支持。集成平台可充分满足用户的仿真任务需求,可提高系统开发效率,同时具有通用的集成开发思路对类似系统研制和开发具有一定的参考价值。     

适应扰动的无人直升机姿态跟踪控制

无人直升机在实际飞行过程中,会受到阵风等外界因素的干扰,并且模型不确定性也会对控制效果带来不利影响.为应对这些挑战,本文设计了一种基于扩张状态观测器的自抗扰反步控制器.首先,建立了无人直升机姿态动力学模型.随后,引入扩张状态观测器,用以实时观测由外界扰动和模型不确定性组成的总和扰动.观测得到的总和扰动估计值与基于Lyapunov函数的反步法控制器控制算法相结合,用以消除总和扰动的影响,使得无人直升机在各种飞行条件下均能对运动指令进行快速和准确的跟踪.最后,仿真研究和飞行实验验证了该控制律的有效性.与同等条件下的PID控制器相比,该控制律表现出更优的飞行性能.     

直升机飞行控制器设计与仿真

为了改善直升机飞行控制系统的性能,研究了其在前飞状态下的模糊平滑切换控制方法和仿真验证问题。以ADS-33D水平1操纵品质要求为设计目标,建立直升机不同平衡点的线性子模型,采用基于遗传算法的H∞控制器设计方法设计各局部控制器,应用模糊平滑切换策略设计全局控制器,实现直升机在不同速度下的飞行控制,保证了控制过程的平滑性,并用数学方法证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的直升机飞行控制器达到了ADS-33D水平1操纵品质要求。     

Nonlinear dynamic modeling and control of a small-scale helicopter

A test bench for experimental testing of the attitude control of a small-scale helicopter is constructed. A nonlinear model with 10 states is developed for this experimental setup. The unknown model parameters are estimated using the extended Kalman filter with flight test data of the helicopter operating on the test bench. In this work, it is proved that the nonlinear helicopter dynamic model may be globally feedback linearized using the dynamic feedback linearization technique. In order to satisfy multiple closed-loop performance specifications simultaneously, a controller is proposed by applying the Convex Integrated Design (CID) method to the feedback linearized model. Finally, the controller is tested in simulation demonstrating the closed-loop performance of the proposed controller.     

A direct adaptive neural command controller design for an unstable helicopter

This paper presents an off-line (finite time interval) and on-line learning direct adaptive neural controller for an unstable helicopter. The neural controller is designed to track pitch rate command signal generated using the reference model. A helicopter having a soft inplane four-bladed hingeless main rotor and a four-bladed tail rotor with conventional mechanical controls is used for the simulation studies. For the simulation study, a linearized helicopter model at different straight and level flight conditions is considered. A neural network with a linear filter architecture trained using backpropagation through time is used to approximate the control law. The controller network parameters are adapted using updated rules Lyapunov synthesis. The off-line trained (for finite time interval) network provides the necessary stability and tracking performance. The on-line learning is used to adapt the network under varying flight conditions. The on-line learning ability is demonstrated through parameter uncertainties. The performance of the proposed direct adaptive neural controller (DANC) is compared with feedback error learning neural controller (FENC).     

直升机飞/发综合控制半物理仿真平台的视景仿真设计

针对直升机飞/发综合控制半物理仿真平台中直升机和发动机模型参数多、数据量庞大的情况,本文在VC＋＋平台下应用OpenGL组件库实现了直升机飞行过程的可视化仿真,把抽象的数据信息转化为直观的图形信息。最后,使用实时以太网连接各个计算机,采用UDP通讯协议实现数据传输。     

Direct self-repairing control for a helicopter via quantum multi-model and disturbance observer

In this paper, a new direct self-repairing control scheme is developed for a helicopter flight control system with unknown actuator faults and external disturbance. The design of multi-model-based adaptive control is used to accommodate the faulty system under different fault conditions. By appropriate switching based on quantum information technique, the system can be converted to the best model and the corresponding controller. Asymptotic model following performance and system stability is guaranteed. A disturbance observer is introduced to observe the disturbance of the system, which can produce corresponding control signals according to the disturbance. The results including a numerical simulation and a semi-physical verification demonstrate the effectiveness of the proposed self-repairing control approach for the helicopter flight control system.