小型无人直升机非线性建模与控制研究
| 致谢 | 第5-6页 |
| 摘要 | 第6-9页 |
| Abstract | 第9-12页 |
| 参数表 | 第22-27页 |
| 第1章 绪论 | 第27-37页 |
| 1.1 课题背景和意义 | 第27页 |
| 1.2 国内外研究现状 | 第27-29页 |
| 1.3 无人直升机建模技术 | 第29-31页 |
| 1.3.1 系统辨识建模 | 第29-30页 |
| 1.3.2 动力学和气动力学机理建模 | 第30-31页 |
| 1.4 无人直升机飞行控制技术 | 第31-35页 |
| 1.4.1 经典控制和现代控制 | 第32页 |
| 1.4.2 鲁棒控制 | 第32-33页 |
| 1.4.3 非线性控制 | 第33-34页 |
| 1.4.4 智能控制 | 第34-35页 |
| 1.5 本文的研究工作 | 第35-37页 |
| 1.5.1 工作的挑战 | 第35-36页 |
| 1.5.2 本文章节安排 | 第36-37页 |
| 第2章 小型无人直升机的非线性建模 | 第37-85页 |
| 2.1 引言 | 第37-38页 |
| 2.2 无人直升机系统 | 第38-44页 |
| 2.2.1 样例无人直升机系统 | 第38页 |
| 2.2.2 小型无人直升机系统组成 | 第38-39页 |
| 2.2.3 直升机的坐标系和术语 | 第39-44页 |
| 2.3 主旋翼动态 | 第44-65页 |
| 2.3.1 主旋翼叶素分析 | 第44-48页 |
| 2.3.2 主旋翼挥舞动态 | 第48-56页 |
| 2.3.3 主旋翼的气动力和气动力矩 | 第56-62页 |
| 2.3.4 主旋翼诱导入流动态 | 第62-65页 |
| 2.4 稳定杆动态 | 第65-73页 |
| 2.4.1 直升机的操纵 | 第66-70页 |
| 2.4.2 稳定杆挥舞动态 | 第70-73页 |
| 2.5 尾旋翼动态 | 第73-76页 |
| 2.5.1 尾旋翼的气动力和气动力矩 | 第74-75页 |
| 2.5.2 尾旋翼入流 | 第75页 |
| 2.5.3 锁尾子系统 | 第75-76页 |
| 2.6 机身和鳍尾动态 | 第76-81页 |
| 2.6.1 机身的气动阻力 | 第76页 |
| 2.6.2 鳍尾的气动力 | 第76-81页 |
| 2.7 小型无人直升机综合运动方程 | 第81-84页 |
| 2.7.1 小型无人直升机的力和力矩 | 第81-82页 |
| 2.7.2 刚体运动学建模 | 第82-83页 |
| 2.7.3 小型无人直升机综合非线性模型 | 第83-84页 |
| 2.8 本章小结 | 第84-85页 |
| 第3章 无人直升机模型参数确定与模型验证 | 第85-107页 |
| 3.1 直接测量的物性参数 | 第85-87页 |
| 3.2 以风洞数据估算的物性参数 | 第87-91页 |
| 3.3 地面实验估算的物性参数 | 第91-94页 |
| 3.3.1 测量重心和转动惯量 | 第91-93页 |
| 3.3.2 确定输入系数 | 第93-94页 |
| 3.4 飞行实验估算的物性参数 | 第94-97页 |
| 3.4.1 估算锁尾系统参数 | 第94-95页 |
| 3.4.2 估算机身等效阻力面积 | 第95页 |
| 3.4.3 估算主旋翼等效弹性系数 | 第95-97页 |
| 3.5 飞行包线的确定 | 第97-99页 |
| 3.6 无人直升机非线性模型验证 | 第99-105页 |
| 3.6.1 时域验证 | 第99-101页 |
| 3.6.2 频域验证 | 第101-105页 |
| 3.7 本章小结 | 第105-107页 |
| 第4章 无人直升机线性化和近悬停飞行控制 | 第107-137页 |
| 4.1 引言 | 第107页 |
| 4.2 样例无人直升机实验平台 | 第107-109页 |
| 4.2.1 样例无人直升机机载航电设备 | 第107-108页 |
| 4.2.2 样例无人直升机飞控软件系统 | 第108页 |
| 4.2.3 样例无人直升机发动机转速控制 | 第108-109页 |
| 4.3 无人直升机配平计算 | 第109-118页 |
| 4.3.1 无人直升机配平的一般形式 | 第109页 |
| 4.3.2 无人直升机前飞配平计算 | 第109-112页 |
| 4.3.3 无人直升机悬停配平结果 | 第112-113页 |
| 4.3.4 无人直升机前飞配平值的变化 | 第113-118页 |
| 4.4 无人直升机线性化 | 第118-127页 |
| 4.4.1 线性化方法 | 第118-121页 |
| 4.4.2 无人直升机悬停线性化 | 第121-126页 |
| 4.4.3 无人直升机前飞巡航线性化 | 第126-127页 |
| 4.5 无人直升机简化的悬停线性模型 | 第127页 |
| 4.6 串级悬停控制器设计与实验 | 第127-132页 |
| 4.6.1 姿态控制器设计 | 第127-130页 |
| 4.6.2 速度环和位置环控制器设计 | 第130-131页 |
| 4.6.3 悬停实验 | 第131-132页 |
| 4.7 自主降落控制与实验 | 第132-136页 |
| 4.7.1 垂向速度控制器 | 第132-133页 |
| 4.7.2 多传感器组合策略 | 第133-134页 |
| 4.7.3 有限状态机上层调度策略 | 第134-135页 |
| 4.7.4 自主降落实验 | 第135-136页 |
| 4.8 本章小结 | 第136-137页 |
| 第5章 无人直升机动态逆混合鲁棒巡航飞行控制 | 第137-161页 |
| 5.1 动态逆控制方法 | 第137页 |
| 5.2 九自由度线性参数时变模型 | 第137-138页 |
| 5.3 挥舞相位滞后和相位补偿 | 第138-140页 |
| 5.4 线性参数时变动态逆 | 第140-142页 |
| 5.4.1 姿态环LPV动态逆 | 第140-141页 |
| 5.4.2 速度环LPV动态逆 | 第141-142页 |
| 5.5 动态逆PID控制 | 第142-146页 |
| 5.5.1 动态逆及其广义对象 | 第142-143页 |
| 5.5.2 动态逆PID控制器 | 第143-144页 |
| 5.5.3 PID控制器的设计与实现 | 第144-146页 |
| 5.6 模型不确定性和广义对象的模型摄动形式 | 第146页 |
| 5.7 混合鲁棒优化控制算法 | 第146-150页 |
| 5.7.1 H_∞鲁棒控制 | 第146-148页 |
| 5.7.2 噪声抑制与H2控制 | 第148页 |
| 5.7.3 区域极点配置方法 | 第148-149页 |
| 5.7.4 D稳定H_2/H_∞混合指标鲁棒控制 | 第149-150页 |
| 5.8 仿真验证 | 第150-158页 |
| 5.8.1 混合指标鲁棒控制器设计 | 第150-151页 |
| 5.8.2 非线性控制效果 | 第151页 |
| 5.8.3 相位补偿器的效果 | 第151-154页 |
| 5.8.4 混合指标鲁棒控制器的鲁棒性 | 第154-156页 |
| 5.8.5 相位超前补偿器的问题 | 第156-158页 |
| 5.8.6 仿真小结 | 第158页 |
| 5.9 飞行实验 | 第158-160页 |
| 5.10 本章小结 | 第160-161页 |
| 第6章 无人直升机动态逆时滞鲁棒巡航飞行控制 | 第161-179页 |
| 6.1 引言 | 第161页 |
| 6.2 LPV动态逆与等效时滞 | 第161-164页 |
| 6.2.1 挥舞动态时间常数 | 第161-162页 |
| 6.2.2 带时滞的LPV模型 | 第162-163页 |
| 6.2.3 LPV动态逆与广义对象 | 第163页 |
| 6.2.4 动态逆与广义对象 | 第163-164页 |
| 6.2.5 广义对象的模型摄动形式 | 第164页 |
| 6.3 时滞依赖鲁棒控制问题 | 第164-169页 |
| 6.3.1 问题描述与等效系统 | 第165页 |
| 6.3.2 时滞相关稳定性分析 | 第165-167页 |
| 6.3.3 时滞依赖H_∞状态反馈控制 | 第167-169页 |
| 6.4 样例直升机仿真分析 | 第169-175页 |
| 6.4.1 时滞鲁棒控制器设计 | 第169-171页 |
| 6.4.2 非线性控制效果 | 第171页 |
| 6.4.3 高频姿态跟踪性能 | 第171-173页 |
| 6.4.4 对噪声与执行器振荡问题的改善 | 第173-174页 |
| 6.4.5 时滞鲁棒控制器的鲁棒性 | 第174页 |
| 6.4.6 仿真小结 | 第174-175页 |
| 6.5 飞行实验 | 第175-177页 |
| 6.6 本章小结 | 第177-179页 |
| 第7章 总结与展望 | 第179-183页 |
| 7.1 本文主要贡献与创新点 | 第179-180页 |
| 7.2 进一步工作与展望 | 第180-183页 |
| 参考文献 | 第183-189页 |
| 作者简介 | 第189-190页 |
| 攻读博士学位期间主要的研究成果 | 第190页 |
