小型无人旋翼机纵向通道高精度控制方法及实验研究

1144766066 · 发表于 2022-5-13 21:27:48

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小型无人旋翼机具有体积小、垂直起降、机动性强等特点，可以执行监测、精确定位等任务，在军事、民用方面具有广阔的应用前景。本文以KY260型无人旋翼机为实验平台，研究无人旋翼机纵向通道高精度控制方法。为实现纵向通道高精度控制，深入研究了无人旋翼机空气动力学模型和模型参数辨识方法，分析了系统稳定性；并从飞行控制系统可靠性角度出发，改进执行机构控制信号采集模块。首先，针对原小型无人旋翼机飞行控制单元中执行机构控制信号采集方案的缺陷，提出改进方案，引入FPGA信号采集单元，实现执行机构控制信号采集功能，提高飞行控制系统的灵活性和可靠性。其次，基于小型无人旋翼机旋翼工作原理，通过对主旋翼、尾桨、稳定小翼等相关组成部分进行建模分析，构建了悬停/低速飞行模态下小型无人旋翼机系统的数学描述模型，并基于小扰动线性化方法简化无人旋翼机数学模型；利用遗传算法对简化的旋翼机数学模型参数进行辨识，并对相应的纵向、横向、航向及高度通道的稳定性进行分析。最后，基于小型无人旋翼机的姿态内回路、速度回路及位置回路控制特点的分析，设计了相应的控制回路和控制律，并以小型无人旋翼机纵向通道控制器设计过程为例，给出基于PID的串级多回路控制器设计和基于鲁棒控制的飞行控制器设计。并进行相关飞行实验验证了所设计控制器的有效性。

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