无人直升机开放式控制平台智能控制算法研究

论文摘要

无人直升机要替代有人驾驶直升机,在不确定性环境中执行各种任务,必然面临着自主控制的巨大挑战。要实现飞行自主控制,需要完成三个方面的工作:智能飞行控制算法设计、导航算法设计和飞控硬件软件设计。无人直升机开放式控制平台利用软件技术很好地解决了控制结构的动态重构问题,这样控制设计者就可以全力投入到智能飞行控制算法的研究中来。本文基于无人直升机开放式控制平台进行智能控制算法的设计,首先,简单介绍了无人直升机开放式控制平台的硬件和软件实现问题。然后,详细介绍了开放式控制平台所用涵道无人直升机非线性数学模型的建立过程,并进行了悬停配平、线化和降阶,同时分析了非线性模型和线性模型的差异,构建了模型组件。接着,根据无人直升机悬停9阶线性模型,对无人直升机进行开环分析,在初步了解悬停动静态特性的基础上进行智能控制器设计,主要完成了低层抗扰动鲁棒控制器的设计工作,建立了低层控制器组件。紧接着,简单讨论了开放式控制平台的通讯组件,与模型、控制器组件构成了一个完备的整体。最后,讨论了无人直升机智能控制算法所使用的仿真方法,并验证所设计的控制律的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究背景和现状
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 研究思路和内容
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 无人直升机开放式控制平台概述
• 2.1 系统硬件
• 2.1.1 自然无人直升机
• 2.1.2 机载飞行控制系统
• 2.1.3 地面站
• 2.2 系统软件
• 2.3 本章小结
• 第三章 无人直升机开放式控制平台模型组件
• 3.1 直升机理论概述
• 3.1.1 坐标系和变量符号
• 3.1.2 坐标变换
• 3.1.3 操纵输入和操纵机构
• 3.1.4 旋翼挥舞
• 3.1.5 旋翼拉力
• 3.2 无人直升机非线性模型的建立
• 3.2.1 模型结构
• 3.2.2 挥舞方程
• 3.2.3 力和力矩方程
• 3.2.4 刚体动力学和运动学方程
• 3.2.5 非线性模型的状态空间表达式
• 3.3 无人直升机非线性模型的配平
• 3.4 无人直升机非线性模型的线化
• 3.4.1 线性模型的状态空间表达式
• 3.5 无人直升机线性模型的降阶
• 3.6 无人直升机非线性模型与线性模型对比
• 3.7 无人直升机扰动模型的建立
• 3.8 无人直升机开放式控制平台模型组件
• 3.9 本章小结
• 第四章 无人直升机开放式控制平台智能控制器组件
• 4.1 无人直升机开环分析
• 4.1.1 稳定性分析
• 4.1.2 操纵响应
• 4.1.3 可控可观性分析
• 4.1.4 耦合分析
• 4.2 无人直升机智能控制结构
• 4.3 无人直升机低层控制目标和要求
• 4.4 无人直升机低层内回路鲁棒控制器原理
• 4.5 无人直升机线性模型离散化
• 4.5.1 采样频率的确定
• 4.5.2 模型离散化
• 4.6 无人直升机低层内回路控制器设计
• 4.6.1 线性二次型全状态最优反馈增稳控制设计
• 4.6.2 线性二次型全状态最优反馈跟踪控制设计
• 4.7 无人直升机低层内回路估计器设计
• 4.7.1 Kalman 滤波器设计
• 4.7.2 线性二次型Gauss 问题与回路传输恢复技术应用
• 4.7.3 状态空间扰动观测器设计
• 4.8 无人直升机低层外回路控制器设计
• 4.9 无人直升机低层控制系统与传统PID 控制系统的性能比较
• 4.10 无人直升机中层控制器设计概述
• 4.11 无人直升机高层控制器设计概述
• 4.12 无人直升机开放式控制平台控制器组件
• 4.13 本章小结
• 第五章 无人直升机开放式控制平台通讯组件
• 5.1 CORBA 介绍
• 5.2 TAO 中间件
• 5.3 平台核心ORB
• 5.4 无人直升机开放式控制平台通讯组件的结构及功能
• 5.5 本章小结
• 第六章 无人直升机开放式控制平台智能控制算法仿真
• 6.1 Matlab/Simulink 仿真
• 6.1.1 Matlab/Simulink 数学仿真
• 6.1.2 Matlab/Simulink 虚拟现实
• 6.2 半实物仿真
• 6.2.1 Matlab/C+ +实现
• 6.2.2 C+ +实现
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 不足
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文