吴文海, 许丽, 王奇

(海军航空工程大学 青岛分院 三系, 山东 青岛 266041)

小型无人直升机建模与鲁棒控制研究

吴文海, 许丽, 王奇

(海军航空工程大学 青岛分院 三系, 山东 青岛 266041)

以小型无人直升机为对象,采用分体法建立了完整的非线性飞行动力学数学模型。根据所建模型,进行了平飞状态下的配平计算。根据配平结果,获得了悬停时的线性状态空间模型。在考虑风扰动的前提下,采用H∞静态输出反馈控制方法对无人直升机内外回路控制器进行了设计。仿真结果表明,所建模型的配平结果与直升机特性基本相符,验证了模型的有效性;H∞综合控制方法较好地实现了扰动下无人直升机状态的控制,表明该算法具有良好的鲁棒性、解耦性及跟踪特性。

无人直升机; 直升机建模; 配平计算;H∞控制

0 引言

无人直升机因其构造简单、灵活性好,在军民领域得到了广泛的应用[1]。然而,由于其高阶、强耦合性、开环不稳定及非线性等特点,对飞行控制系统提出了很高的要求。无人直升机六自由度非线性运动模型是进行控制器设计及仿真的基础,一般建模方法有基理建模法、神经网络法[2]和系统辨识法[3-4]等。由于通道间耦合严重以及精确建模难以描述实际对象,因此具有鲁棒特性的飞行控制系统设计显得尤为重要。

本文采用分体法建立了无人直升机非线性飞行动力学模型,包括旋翼、尾桨、机身、垂直安定面以及水平安定面等部件模型。基于所建模型,进行了悬停及平飞状态下的配平计算,并由配平计算结果得到了相应的线性化模型。……