小型无人直升机悬停与低速段飞行控制律研究
悬停和低速机动是无人直升机特有的飞行能力，也是无人直升机执行任务的主要飞行包线，这种特殊性给无人直升机飞行控制带来诸多困难。悬停低速段的无人直升机对象特性复杂，易受外界干扰的影响，存在严重的安全隐患，因此研究无人直升机悬停低速段的飞行控制律，有效解决飞行过程中遇到的各种问题，具有很重要的工程现实意义。本文针对悬停低速段的对象特性设计飞行控制律解决无人直升机悬停低速段的飞行控制问题。 悬停低速段无人直升机的气动特性复杂，旋翼高速旋转，机身、平尾和垂尾都处于旋翼尾流的影响中，机体自身气动力不足，机身像是吊在旋翼锥体的下面，要改变机身的姿态需要提供很大的操纵量，根据无人直升机这一对象特点，与固定翼飞机中利用姿态来控制飞机的飞行有所不同，无人直升机在悬停和低速段飞行控制时，将姿态仅作阻尼和增稳内回路，外环回路引入加速度信号参与速度或位置控制律的设计。针对纵横向的控制问题，提出基于常规速度的控制方案、基于加速度阻尼的控制方案和基于加速度指令的控制方案等三种，并进行了对比分析和研究。高度通道和航向通道是四个通道中容易控制的两个通道，采用基于PID反馈和前馈补偿复合控制方法。根据无人直升机悬停低速段的基本能力，设计了悬停低速段的飞行模态，各个飞行模态是四个通道控制律的功能结合，从而实现悬停低速段的各种飞行功能。 根据飞行控制律设计的方法和步骤，本文设计和开发了无人直升机控制律设计软件包，以简化控制律的设计流程。基于上述的无人直升机控制律方案设计具体的控制参数，研究和分析了不同控制方案的特性差异和适用场合，为无人直升机悬停低速段的增稳与控制方案的选取提供参考。 最后通过仿真验证对比了本文提出的控制律方案，表明三种方案都能实现悬停低速段飞行的功能，但基于加速度阻尼的控制律方案更适合样例无人直升机悬停低速段纵横向的控制。
无人直升机;低速飞行;飞行控制
南京航空航天大学
硕士
控制理论与控制工程
祖家奎
2014
中文
V249.1;V275.1
102
2016-03-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）