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自主飞行的轨迹控制是无人直升机的关键技术,开发该技术的目的是使无人直升机以足够的准确度跟踪预定的飞行轨迹。
本文采用经典控制和现代控制两种方法,研究了无人直升机飞行轨迹控制技术,为了使研究成果具有工程应用价值,着重开发了基于数字信号处理器(DSP)的无人直升机飞行轨迹实时控制仿真系统。本文的研究成果对无人直升机飞行轨迹控制技术的研究与工程实现具有实际的参考价值。
首先,从工程实现的角度出发,运用经典控制方法,设计了无人直升机飞行轨迹控制系统。先给出了控制系统四个通道的结构配置,并按回路递次进行了相应的参数设计,然后对所设计的系统进行了轨迹控制的数字仿真,验证了控制系统的性能。
其次,为了优化控制系统的性能,运用现代控制法,设计了三种不同类型的飞行轨迹控制系统。第一种飞行轨迹控制系统内回路采用基于线性二次型调节器(LQR)的显模型跟踪控制方法,外回路制导系统运用PID控制方法;第二种飞行轨迹控制系统采用具有指令预估器的LQR方法;第三种飞行轨迹控制系统内回路采用LQR实现增稳控制,外回路采用反馈线性化(FLC)方法,而参数设计运用PID控制。数字仿真表明,三种现代控制方法具有优良的轨迹跟踪性能、解耦性能和鲁棒性。
第三,为了使研究成果具有工程应用价值,着重开发了基于DSP的飞行轨迹实时控制仿真系统。实时控制仿真系统由DSP和仿真计算机两部分组成,DSP起飞行控制器的作用,仿真计算机主要负责无人直升机动力学解算和实时显示飞行参数。本文完成了DSP部分的软、硬件设计,包括:轨迹控制算法的离散化,DSP中飞行控制程序的实现,处理器存储空间的分配和扩展,SCI模块驱动设计等;完成了仿真计算机中高精度的无人直升机动力学仿真模块和监控界面的开发;实现了DSP与仿真计算机之间的串行通信。
最后,在本文所开发的飞行轨迹实时控制仿真系统的平台上,针对本文用经典控制方法及现代控制方法设计的轨迹控制律,进行了实时控制仿真。仿真表明,实时仿真系统的仿真结果与数字仿真的结果相一致,从而验证了本文所设计的轨迹控制律的可行性。