小型无人直升机飞行力学参数化模型辨识研究

论文摘要

本文研究了直升机飞行力学模型辨识技术,将子空间法与预报误差法相结合,辨识了直升机飞行力学模型。首先研究了直升机飞行力学参数化建模,运用机理建模方法建立了直升机的线化14阶状态空间模型,确定了该模型的结构及部分参数。其次研究了飞行力学参数化模型的辨识算法。根据直升机飞行力学模型阶次较高的特点,本文选用了子空间辨识算法对其进行辨识。并利用参数化建模提供的先验知识,采用误差预报法对子空间辨识算法进行了补充,克服了子空间辨识算法对噪声敏感以及无法限定参数的缺点。最后,利用仿真计算验证了算法的有效性和可靠性。仿真结果表明:所采用的辨识算法具有良好的辨识精度。随后展开了直升机系统辨识软件的设计,根据需求采用VC++和MATLAB混合编程的方法,通过MATLAB引擎完成了直升机系统辨识软件各个模块的设计和功能实现。并且通过该软件成功地辨识得到了小型直升机的高阶不稳定飞行力学模型,利用多组实验试飞数据验证了辨识结果的可靠性。最后针对嵌入式数据采集平台的操作系统展开了研究,根据系统对于实时性要求较高的特点,采用了VxWorks作为平台的操作系统,成功开发了适用于嵌入式数据采集系统的板级支持包。测试表明,本文所开发的板级支持包是稳定、可靠的。研究结果表明,本文采用的辨识算法具有良好的鲁棒性,对于直升机飞行力学模型这样的高阶次、不稳定模型的辨识是适用和有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 直升机系统辨识研究现状
• 1.3 本文的研究目的及主要工作
• 第二章 直升机飞行力学参数化模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 直升机刚体6 自由度的基本建模
• 2.3 直升机的模型扩展
• 2.3.1 旋翼和机身之间的耦合方程
• 2.3.2 旋翼稳定杆耦合方程
• 2.3.3 航向动力学特性
• 第三章 飞行力学参数化模型辨识算法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 子空间辨识算法的研究
• 3.3 采用子空间辨识算法的仿真算例
• 3.4 采用PEM 误差预报辨识算法的仿真算例
• 第四章 直升机系统辨识软件的开发
• 4.1 引言
• 4.2 VC++与MATLAB 的引擎混合编程的环境搭建
• 4.2.1 MATLAB 引擎介绍
• 4.2.2 配置编译器
• 4.3 无人直升机系统辨识软件的模块化设计
• 4.3.1 飞行数据读入的实现
• 4.3.2 飞行数据处理的实现
• 4.3.3 辨识的实现
• 4.3.4 结果分析
• 4.3.5 数据校验
• 第五章 小型直升机嵌入式数据采集平台的研究
• 5.1 引言
• 5.2 VxWorks 操作系统和硬件平台的简介
• 5.2.1 VxWorks 操作系统的介绍
• 5.2.2 硬件平台的介绍
• 5.3 板级支持包（BSP）的移植
• 5.3.1 VxWorks BSP 简介
• 5.3.2 BSP 初始化代码的开发
• 5.3.3 串口驱动的实现
• 5.3.4 网络驱动的实现
• 5.3.5 文件系统的建立
• 5.3.6 系统从 TFFS 中自启动的实现
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要贡献与结论
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文