摘要：针对无人直升机在阵风干扰环境中的姿态控制精度低的问题.本文将非线性刚体动力学模型在悬停点应用小扰动理论得到了线性化数学模型.考虑系统输入输出和控制量约束,采用模型预测控制将控制器的设计问题转化为每个采样时刻求解一个带不等式和等式约束的凸二次规划问题.通过设计终端状态约束解决了有限时域模型预测控制(model predictive control, MPC)算法的稳定性问题,并通过引入松弛变量使得约束优化问题更容易求解.随机和常值阵风干扰下无人机悬停仿真验证了本文MPC预测控制器具有幅度不超过0.25 m/s的良好干扰抑制能力,性能明显优于线性二次型调节器(linear-quadratic regulator, LQR).

摘要：为了实现小型无人直升机的自主飞行,本文研究了它的飞行控制系统。基于模糊控制技术,根据某小型无人直升机飞行动力学数学模型,设计了模糊控制规则,并研究了模糊规则的表格查询学习算法;通过无人直升机操作手的经验,对模糊规则进行评价,并通过试验进行校正和更改,在此基础上,引入积分环节进一步提高控制系统的性能。

摘要：将两片基于ARM(Advanced RISC Machine)内核的微控制器应用于某型共轴式无人直升机飞控导航系统的CPU(Central Processing Unit)模块,连同电源及舵机信号处理模块、信号处理及接口模块形成一个高度集成的嵌入式飞控导航计算机,提供的8路异步串行通讯接口、8路数字信号口,与组合导航设备、信号调理设备、收发电台和姿态稳定系统与舵机等外围设备连接构成一套完整的无人直升机数字式飞控导航系统,另配置了16 MB FLASH(Flash Eeprom)用于任务与飞行状态数据记录,并基于ADS(ARM Developer Suite)集成开发环境编制了系统的飞控与自主导航软件.经地面检测与调试,该系统运行情况良好.

摘要：针对无人直升机模型阶数比较高,设计常规反步法控制器时面临着对虚拟控制输入信号求导过程较为繁琐的缺陷,提出一种基于滤波器反步法的控制方法.首先,通过滤波器而非直接解析地对虚拟控制量求导,从而显著简化了反步控制器的设计过程,而且由于导数是通过积分过程而非微分得到,大大降低了测量噪声的影响;然后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了补偿跟踪误差是全局指数稳定的;最后,通过仿真结果进一步验证了所提出方法的稳定性和有效性.

摘要：引入小型无人直升机简化动力学模型,阐述了简单、高效的MTC(Model and Trajectorybased Controller)控制算法.基于该算法所实现的飞行控制算法包括两部分:基于转动动力学模型的直升机姿态控制和基于二次积分关系的位置控制.所设计的MTCV算法包含具有良好鲁棒性的位置控制及速度控制功能,并可用于直升机多航点路径的不减速连续飞行控制.仿真实验和实际飞行控制实验结果表明,本飞行控制算法具有有效性和实用性.

摘要：针对小型无人直升机的姿态与高度控制问题,本文提出了一种基于反步法的自适应控制策略.具体而言,首先对小型无人直升机的运动学模型进行了等效变换,使系统中未知参数满足线性参数化条件,然后应用反步法设计了包含主旋翼挥舞模型的姿态与高度自适应控制器,并借助Lyapunov方法和芭芭拉定理对闭环系统的稳定性进行了严格的数学分析.最后,对该控制器的性能进行了仿真验证,结果表明在直升机质量和惯性矩阵存在不确定性(未知)的情况下,该控制算法依然能够取得良好的控制效果.

摘要：围绕无人直升机实际飞行中的不确定性问题,将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)与自适应反步法相结合设计控制器来实现无人直升机轨迹的鲁棒跟踪控制。首先,建立了无人直升机的数学模型,建模过程中考虑未建模动态、模型简化误差、外界大气扰动以及燃油消耗导致的惯性参数摄动等多种不确定性来源。同时,将主旋翼一阶挥舞动态耦合进无人直升机6-DOF刚体动力学方程,建立了简洁且又反映无人直升机旋翼挥舞这一重要特征的等效模型。然后,基于ESO和自适应反步法设计了位置控制器、姿态控制器以及力矩控制器,其中利用自适应策略对无人直升机质量及惯性矩阵等慢变摄动参数进行估计,利用ESO对未建模动态及外界阵风等高频扰动进行观测,并通过前馈补偿实现对系统不确定性的综合抑制。最后,通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性。仿真结果表明,该方法比纯自适应反步法具有更高的不确性抑制效率和控制精度,能够实现无人直升机在多种不同类型扰动同时作用下轨迹的鲁棒跟踪控制。

摘要：本文将多无人直升机编队控制分解为若干对具有主从结构的无人直升机相对状态控制问题,并提出利用相对动力学建模方法设计编队控制器.无人直升机相对动力学由6自由度空间刚体相对动力学和单体直升机飞行动力学两部分组成.基于这种相对动力学模型利用反馈线性化和扩展高增益观测方法设计具有内外环阶梯结构的控制器.最后,通过仿真验证了这种方法能够跟踪给定期望值并具有一定扰动抑制能力.

摘要：高精度的动态模型是实现小型无人直升机高性能自主飞行控制的基础.给出了在灰箱建模框架下辨识小型无人直升机动态模型的系统性方法.在合理的假设下,将非线性机理运动方程简化并进行横、纵向解耦,在悬停点附近线性化得到横、纵向的参数化状态空间模型,以区间均匀分布的方式合理表达了待辨识参数的先验分布.将辨识问题构造成Bayes的极大后验(MAP)估计问题,并进一步转化为约束非线性优化问题,采用拟牛顿法求解.辨识步骤在离散时域中进行,利用sinch算法将连续时域的状态空间参数化问题映射到离散域.提出的小型无人直升机灰箱建模方法有效减少了对辨识实验的要求,获得的对象连续域状态空间模型具有良好的预报精度,并适用于控制器的设计.

摘要：针对某型无人直升机活塞式电喷发动机的特性,结合无人直升机不同阶段对旋翼转速的要求,采用转速前馈与反馈比例控制模式对地面暖车转速进行控制.采用了转速前馈、负载前馈、转速变参与反馈PID(比例、积分、微分)控制结合的控制模式实现慢车转速到额定转速的有效过渡.额定工作转速的控制采用了转速前馈、负载前馈、自动配平、转速差前馈与反馈PID控制相结合的复合型控制策略,以保证发动机在额定工作状态下转速波动误差尽量减小,实现无人直升机动力关键部分的控制.通过地面试车台发动机开车试验表明,所采用的复合型控制策略能有效实现发动机恒转速控制.