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倾转旋翼机姿态控制问题研究

作　者: 徐昊
导　师: 罗晶
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 倾转旋翼机 模型参考自适应控制 无位置传感器无刷直流电机
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


倾转旋翼机是一种同时具有直升机和固定翼飞机优点的新型飞行器,这种飞行器可以在狭小空间内象直升机一样垂直起降,也能够象固定翼飞机那样进行高速距离的巡航飞行。这种飞行器是一个多输入多输出的时变非线性系统,飞行控制问题非常复杂。正是由于这种飞机具有优异的性能、技术难度大,所以其研制受到各国的广泛关注。在航空航天领域,许多被控对象都是时变系统,在一般情况下,工程上使用的是经典控制理论控制,然而当被控对象参数变化量较大时,通过切换PID控制参数实现飞行器的姿态控制。本文通过模型参考自适应控制方法,实现了在短舱倾角变化时对飞行纵向姿态的控制。这种方法不需要切换控制率,同样达到了较好的控制效果。本文推导了倾转旋翼机过渡阶段和垂直起降阶段的力学模型,设计了垂直起降阶段控制策略,通过一种差动方式实现了垂直起降阶段横纵向通道的单独控制。应用经典控制理论对横滚角通道进行了仿真分析。无位置传感器无刷直流电机调速器也是本课题研究的重点,选用反电势法对电动机转子位置进行检测,通过调试和计算得到了电机最佳的换向时刻,实现了无感无刷电机稳定的高速运行。最后,本课题制作了一个倾转旋翼机的实物模型,使用陀螺仪和无感无刷电机以及微处理器通过大量的实验,基本上实现了倾转旋翼机的垂直起降的姿态控制。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-12
    1.1.1 倾转旋翼机民用领域的应用前景  9-10
    1.1.2 倾转旋翼机现代战争中的优势  10-12
  1.2 倾转旋翼机的发展现状  12-13
    1.2.1 国外发展现状  12-13
    1.2.2 国内发展现状  13
  1.3 自适应控制理论的发展  13-14
  1.4 直流电动机的发展  14-15
  1.5 课题主要研究内容  15-16
第2章 倾转旋翼机飞行力学模型的建立  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 倾转旋翼机过渡模式下飞行力学模型  16-23
    2.2.1 刚体六自由度力学模型分析  17-20
    2.2.2 飞行器力学模型在小角度下的线性化  20-23
  2.3 倾转旋翼机垂直起降阶段建模分析  23-26
    2.3.1 动力学分析  23-25
    2.3.2 动力学模型的建立  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 倾转旋翼机过渡模式控制分析及仿真  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 过渡模式下飞行力学模型的仿真分析  27-29
  3.3 用李雅普诺夫稳定性理论设计自适应控制系统  29-34
  3.4 应用自适应控制率的仿真及结果分析  34-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 垂直起降阶段控制策略及仿真分析  39-50
  4.1 引言  39
  4.2 倾转旋翼机姿态控制方法分析  39-43
  4.3 模型参数估计和计算  43-47
    4.3.1 电机模型参数估计  43-44
    4.3.2 螺旋桨升力计算  44-45
    4.3.3 飞行器惯性张量  45-47
  4.4 垂直起降阶段控制参数求取  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 无刷直流电机的驱动  50-64
  5.1 引言  50
  5.2 无感无刷直流电机工作原理  50-53
    5.2.1 系统组成  50
    5.2.2 无刷直流电机工作原理  50-52
    5.2.3 应用反电势法求转子位置  52-53
  5.3 无感无刷直流电机硬件组成  53-56
    5.3.1 功率放大桥路  53-54
    5.3.2 转子位置检测电路  54-55
    5.3.3 反电势过零点仿真分析  55-56
  5.4 无感无刷直流电机软件实现  56-62
    5.4.1 外同步启动  57-58
    5.4.2 定常转速运行  58-59
    5.4.3 调速运行  59-60
    5.4.4 滤波分压网络的相角延迟  60-62
  5.5 实验结果  62-63
  5.6 本章小结  63-64
第6章 系统联调及分析  64-75
  6.1 引言  64
  6.2 飞行器整体结构  64-66
    6.2.1 无感无刷电机的选择  65
    6.2.2 传感器选择  65-66
    6.2.3 微处理器的选择  66
  6.3 陀螺仪的调试  66-69
  6.4 控制系统的整体结构  69-74
    6.4.1 整体框图  69
    6.4.2 主从处理器之间的通讯及其功能  69-71
    6.4.3 控制器与外界的通讯  71-73
    6.4.4 综合调试  73-74
  6.5 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
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