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小型无人直升机飞行控制与任务调度

作　者: 云昭洁
导　师: 韩波；李平
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 小型无人直升机飞行控制任务调度航迹跟踪
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 115次
引　用: 3次
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内容摘要

小型无人直升机由于其独特的性能在军事和民用领域具有很大的应用价值,成为目前自主控制领域的研究热点之一。其高度非线性、强耦合、时变、开环不稳定等特点,给飞行控制带来了很大的挑战。本文以浙江大学“玉泉之翼”小型无人直升机作为研究对象。完成了飞行控制系统软件架构的搭建；建立了多模态任务调度的有效机制；构造了协调转弯模态下的控制器；并且引入了动态矩阵控制(DMC)的方法对前飞模态下的航迹跟踪进行了优化。本文的主要工作及贡献如下：1.系统介绍了目前国内外小型无人直升机的研究概况和相关飞行控制技术的研究现状,分析了主流的技术方法与研究手段,指出了面临的主要问题与发展趋势。2.介绍了小型无人直升机系统的实验平台,包括硬件体系、软件架构以及仿真系统的设计。给出了实时操作系统下软件架构和功能模块的具体实现,具有良好的可靠性和可扩展性。3.在分层控制结构的基础上,建立了自主航线飞行中的任务调度机制,可满足复杂航线任务的需求。对多模态任务调度和切换策略进行了详细介绍,并通过实际飞行实验和半实物仿真实验验证了调度机制的有效性。4.对小型无人直升机的动力学特性进行了分析,提出了协调转弯模态的控制策略；在此基础上,设计了PID串级控制器,并在半实物仿真平台上取得了良好的控制效果,‘为小型无人直升机执行更复杂的任务奠定了基础。5.提出了航迹跟踪的DMC方法,通过在线优化、反馈校正抑制不确定性的影响。将系统经姿态环和速度环镇定后作为广义对象,设计了DMC控制器,并对DMC参数进行了整定。半实物仿真实验证明,采用DMC方法后,系统具有较好的动态响应,航迹跟踪效果明显改善。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11
  1.2 小型无人直升机研究概状  11-13
  1.3 小型无人直升机飞行控制研究现状  13-15
    1.3.1 飞行控制算法  13-15
    1.3.2 控制系统结构  15
  1.4 论文主要内容和章节安排  15-19
    1.4.1 主要研究内容  15-16
    1.4.2 章节安排  16-19
第2章小型无人直升机飞控系统实验平台  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 飞控系统硬件平台  19-20
  2.3 飞控系统软件平台  20-23
    2.3.1 软件需求分析  20-21
    2.3.2 软件开发环境  21-22
    2.3.3 软件设计方案  22-23
  2.4 飞控系统仿真平台  23-25
  2.5 本章小结  25-27
第3章小型无人直升机航线任务调度  27-49
  3.1 引言  27
  3.2 飞控系统控制结构  27-29
  3.3 飞行任务的划分  29-30
  3.4 飞行调度设计  30-36
    3.4.1 设计需求  30-31
    3.4.2 调度逻辑  31-34
    3.4.3 控制流程  34-36
  3.5 动作规划设计  36-40
    3.5.1 切出条件  36-37
    3.5.2 参考轨迹  37-39
    3.5.3 无扰切换  39-40
  3.6 实验与分析  40-47
    3.6.1 实际飞行实验  40-43
    3.6.2 仿真飞行实验  43-47
  3.7 本章小结  47-49
第4章小型无人直升机协调转弯控制策略  49-63
  4.1 引言  49
  4.2 协调转弯设计原理  49-52
    4.2.1 运动学原理  49-50
    4.2.2 调度策略  50-52
  4.3 协调转弯控制器设计  52-59
    4.3.1 运动模型  52-53
    4.3.2 控制器结构  53-54
    4.3.3 控制器实现  54-58
    4.3.4 控制流程  58-59
  4.4 实验与分析  59-62
  4.5 本章小结  62-63
第5章小型无人直升机航迹跟踪  63-73
  5.1 引言  63
  5.2 航迹跟踪的复合控制策略  63-64
  5.3 航迹跟踪的DMC优化方法  64-67
    5.3.1 系统镇定  64-65
    5.3.2 航迹跟踪DMC控制模型  65-67
  5.4 实验与分析  67-71
    5.4.1 DMC参数整定  67-69
    5.4.2 航线任务仿真  69-71
  5.5 本章小结  71-73
第6章总结与展望  73-75
文献  75-81
作者简介  81
硕士在读期间所取得的科研成果  81

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