无人驾驶旋翼机飞行控制与仿真技术研究

摘要

本文以某型无人驾驶自转旋翼机为研究对象，研究了样例无人旋翼机的建模问题和自动飞行控制技术。
　　首先，分析了旋翼机和直升机不同的旋翼特性，分别研究了旋翼机在垂直下降和前飞时旋翼的旋转特性。在建模问题上，将旋翼机分为三个部分：纵向操纵响应部分、横侧向操纵响应部分和推进装置部分，分别对每个部分建立了相应的简化模型，将三个部分整合起来构成了旋翼机的简化模型，对旋翼机进行了操纵性分析。
　　其次，设计了无人旋翼机的俯仰和滚转姿态控制回路、航向控制回路和发动机转速控制回路，并在此基础上设计了速度控制回路和高度控制回路，针对无人旋翼机转弯飞行的特性，提出了基于侧偏修正的转弯飞行控制策略，考虑到控制器参数非最优的情况，运用差分进化算法对控制器参数进行整定，对基于侧偏修正的转弯飞行策略和基于差分进化算法的参数整定方法分别进行了仿真验证。
　　最后，阐述了无人旋翼机飞行控制系统的实现方案，包括系统的硬件实现和软件实现，设计了飞行控制系统的半实物仿真试验方案并进行了仿真试验，仿真结果验证了本文所提出的控制策略和控制规律的正确性。
　　通过对某型无人旋翼机的研究，本文建立了该旋翼机简易数学模型，进行了飞行控制策略的设计，通过仿真试验验证了所提出控制策略的正确性和有效性，为无人旋翼机的全自主飞行奠定了理论和工程基础。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外旋翼机的发展历史与现状

1.3 无人旋翼机飞行控制技术

1.4 本文主要研究内容及安排

第二章 旋翼机自转特性分析和数学建模

2.1 WF700旋翼机介绍

2.2 旋翼机与直升机旋翼特性分析

2.3 旋翼自转特性分析

2.4 旋翼机简化模型的建立

2.5 旋翼机操纵特性分析

2.6本章小结

第三章 旋翼机的控制策略

3.1 无人旋翼机控制策略

3.2 俯仰和滚转姿态控制回路设计

3.3 航向角控制回路设计

3.4 发动机转速控制回路设计

3.5 飞行速度控制回路设计

3.6 高度控制回路设计

3.7 基于侧偏修正的转弯飞行控制

3.8 基于差分进化算法的控制器参数整定

3.9 本章小结

第四章 无人旋翼机飞行控制系统实现与仿真试验

4.1无人旋翼机控制系统介绍

4.2控制系统硬件设计

4.3无人旋翼机软件设计

4.4无人旋翼机半实物仿真

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2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