航空学报
航空學報
항공학보
ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA
2015年
2期
473-483
,共11页
吴超%王浩文%张玉文%谭剑锋%倪先平
吳超%王浩文%張玉文%譚劍鋒%倪先平
오초%왕호문%장옥문%담검봉%예선평
无人直升机%飞行动力学%线性自抗扰控制%轨迹跟踪%多回路控制%仿真
無人直升機%飛行動力學%線性自抗擾控製%軌跡跟蹤%多迴路控製%倣真
무인직승궤%비행동역학%선성자항우공제%궤적근종%다회로공제%방진
unmanned helicopter%flight dynamics%linear active disturbance rejection control%trajectory tracking%multiloop control%simulation
无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统.为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统.首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的“8”字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性.
無人直升機軌跡控製繫統是對多輸入/多輸齣彊耦閤非線性繫統進行解耦控製的繫統.為解決無人直升機軌跡控製效果依賴于直升機物理參數的測量和辨識精度以及外部擾動大小問題,提齣瞭一種基于線性自抗擾控製(LADRC)的多迴路無人直升機軌跡控製繫統.首先建立無人直升機X-Cell的飛行動力學模型,併引入風切變、大氣紊流和突風模型以更加準確模擬真實飛行環境;然後對X-Cell進行配平計算以驗證動力學模型和配平算法的準確性,併選取一組配平值作為軌跡控製倣真的初始狀態和操縱量;隨後根據被控量的動力學方程階次選取對應的一階和二階LADRC基本控製器,併結閤時間呎度原理,自內嚮外依次構建無人直升機的姿態、速度和位置控製迴路,將三迴路串聯從而建立瞭無人直升機軌跡控製繫統;而後進行瞭穩定性分析,特徵根計算結果錶明軌跡控製繫統鎮定瞭X-Cell開環繫統不穩定的動態特性;最後將該控製繫統應用于各種擾動下直升機軌跡跟蹤倣真,結果錶明本文無人直升機軌跡控製繫統能很好地實現帶爬升率的“8”字形軌跡跟蹤,且相比于基于比例積分和微分(PID)控製的軌跡控製繫統,該控製繫統具有更優的魯棒性和抗擾性.
무인직승궤궤적공제계통시대다수입/다수출강우합비선성계통진행해우공제적계통.위해결무인직승궤궤적공제효과의뢰우직승궤물리삼수적측량화변식정도이급외부우동대소문제,제출료일충기우선성자항우공제(LADRC)적다회로무인직승궤궤적공제계통.수선건립무인직승궤X-Cell적비행동역학모형,병인입풍절변、대기문류화돌풍모형이경가준학모의진실비행배경;연후대X-Cell진행배평계산이험증동역학모형화배평산법적준학성,병선취일조배평치작위궤적공제방진적초시상태화조종량;수후근거피공량적동역학방정계차선취대응적일계화이계LADRC기본공제기,병결합시간척도원리,자내향외의차구건무인직승궤적자태、속도화위치공제회로,장삼회로천련종이건립료무인직승궤궤적공제계통;이후진행료은정성분석,특정근계산결과표명궤적공제계통진정료X-Cell개배계통불은정적동태특성;최후장해공제계통응용우각충우동하직승궤궤적근종방진,결과표명본문무인직승궤궤적공제계통능흔호지실현대파승솔적“8”자형궤적근종,차상비우기우비례적분화미분(PID)공제적궤적공제계통,해공제계통구유경우적로봉성화항우성.
