无人直升机自动起降控制技术研究

摘要

自动起降是无人直升机重要的飞行功能之一，也是任务完成的关键阶段。常规起降控制策略满足了基本的起降要求，但在复杂的外界环境下其适应能力较差。本文针对样例无人直升机在自动起降控制中几个亟需解决的问题，提出了改进方案。
　　首先，对起降阶段无人直升机本身的气动特性进行了详细的分析，阐明了影响起降性能的主要因素是外部环境因素，而非无人直升机悬停时的空气动力学特性，为后续控制律的设计奠定基础；分析了常规高度控制方案的控制性能不足，提出了改进高度控制方案，并揭示该控制结构的内在机理，非线性仿真结果表明在诸多不确定性环境因素扰动下改进方案的控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好。
　　其次，从无人直升机工程实际出发，根据功率法和涡环理论设计了起降过程中高度变化率的合理范围，将改进高度控制律应用到自动起降环节；结合悬停状态的位置和航向控制方案，制定了完整的自动起降阶段控制策略；针对近地着陆时传感器死区特性，提出了两种不同的总距通道控制方案，从原理上分析其可行性并进行了验证。
　　最后，为了充分快速地验证自动起降控制性能，搭建了基于RotorLib非线性六自由度等效仿真验证环境。针对起降阶段的特殊性，设计了典型案例进行非线性仿真验证，结果表明本文所设计的自动起降控制律具有较好的控制效果和自适应能力，提高了样例无人直升机的飞行控制品质，满足工程应用的需求，适合于样例无人直升机使用。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2无人直升机典型飞行过程

1.3研究背景

1.4论文章节安排

第二章 起降特性分析

2.1引言

2.2无人直升机运动方程

2.3起飞质量对起降的影响

2.4场高对起降的影响

2.5地面效应对起降的影响

2.6发动机转速对起降的影响

2.7本章小结

第三章 高度通道控制律设计

3.1引言

3.2常规高度控制律性能分析

3.3改进高度控制律设计

3.4控制律对比分析

3.5非线性仿真分析

3.6本章小结

第四章 自动起飞控制策略设计

4.1引言

4.2常规自动起飞控制方案

4.3改进自动起飞控制方案

4.4自动起飞控制性能分析

4.5本章小结

第五章 自动着陆控制策略设计

5.1引言

5.2着陆涡环状态分析

5.3自动着陆控制方案

5.4自动着陆控制性能分析

5.5本章小结

第六章 综合仿真验证

6.1引言

6.2等效仿真环境开发

6.3综合仿真验证

6.4科研试飞验证

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文主要研究内容

7.2后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文