无人直升机飞行控制技术研究

论文摘要

无人直升机能适应复杂多变的环境,具有无人员伤亡、隐蔽性好、战场生存力高等优越性,在军事和民用上有着很好的应用前景。本文以无人直升机项目为背景,结合飞行控制系统研制工程实践,深入研究了无人直升机飞行控制系统设计、研制与实现的关键技术。首先,运用线性化小扰动方程对通道的耦合关系进行了分析,在此基础上采用前馈补偿控制初步实现悬停状态下的解耦控制。从工程应用的角度出发,采用串级控制结构,运用经典控制理论进行了姿态回路、高度回路、速度回路、位置回路和发动机转速控制回路的控制律设计。探讨了无人直升机的航线控制和航迹规划问题,实现了协调转弯和小航线自主飞行的控制。其次,研究了飞行控制系统的工程实现技术,完成了飞行控制计算机的测试、飞行控制软件及遥控遥测软件的设计与实现。对飞行控制系统的仿真进行了研究,针对全数字和半实物仿真两种方案的需求和结构,重点构建了半实物仿真回路,完成了仿真系统的设计与实现。进行了全数字、半实物仿真试验和发动机试车试验,对仿真结果进行了分析,并对仿真的置信度进行了初步的评估,验证了飞行控制律设计的正确性与有效性,飞行控制系统具有良好的控制效果。最后,对飞行控制系统传感器姿态信号的故障容错技术进行了研究,采用解析余度加硬件余度的方案,利用序贯概率比检验实现了双余度传感器姿态信号故障的检测和识别。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及现状
• 1.2 无人直升机飞行控制与仿真技术
• 1.3 容错控制技术
• 1.4 本文研究内容及研究方法
• 第二章 无人直升机飞行控制律
• 2.1 对象无人直升机的结构特点
• 2.2 无人直升机数学模型
• 2.3 无人直升机的飞行控制方法
• 2.4 解耦控制
• 2.4.1 耦合性分析
• 2.4.2 解耦控制系统
• 2.5 姿态闭环控制
• 2.5.1 俯仰/滚转控制
• 2.5.2 航向控制
• 2.6 高度控制
• 2.7 速度控制
• 2.8 定点悬停控制
• 2.9 协调转弯控制
• 2.10 自主飞行控制
• 2.10.1 制导参数的计算
• 2.10.2 自主飞行控制律设计
• 2.11 发动机控制
• 2.11.1 发动机控制策略
• 2.11.2 发动机控制结论
• 2.12 本章小结
• 第三章 无人直升机飞行控制系统
• 3.1 飞行控制系统的配置
• 3.1.1 飞行控制系统的功能及要求
• 3.1.2 飞行控制系统的组成
• 3.2 飞行控制计算机
• 3.2.1 飞行控制计算机的组成
• 3.2.2 飞行控制计算机测试
• 3.3 飞行控制系统软件
• 3.3.1 飞行控制系统软件功能
• 3.3.2 飞行控制系统软件流程
• 3.4 遥控遥测软件
• 3.5 本章小结
• 第四章 无人直升机飞行控制系统仿真
• 4.1 仿真的目的与任务
• 4.2 全数字仿真
• 4.3 半实物仿真
• 4.3.1 半实物仿真方案
• 4.3.2 半实物仿真系统组成及实现
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.4.1 全数字仿真内容与结果
• 4.4.2 半实物仿真内容与结果
• 4.5 置信度评估
• 4.6 本章小结
• 第五章 无人直升机传感器故障容错
• 5.1 传感器
• 5.2 GPS/INS 组合导航系统
• 5.3 传感器容错技术
• 5.4 姿态故障容错
• 5.4.1 姿态容错原理
• 5.4.2 姿态解析关系
• 5.4.3 故障的检测和识别
• 5.4.4 仿真及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作