无人直升机活塞式发动机控制技术研究

摘要

由于无人直升机兼顾有人直升机和固定翼无人机的飞行特点，具有广泛应用领域和发展前景，因而无人直升机成为国内外的研究热点之一。发动机作为无人直升机的动力源，其动静态性能将直接影响无人直升机的飞行品质，发动机控制是飞行控制的前提与基础，同时也是实现无人直升机自主飞行的关键技术之一。鉴于此，本文针对某小型无人直升机的发动机试车台系统及其诸多控制问题，展开以建模、控制和仿真验证为核心的无人直升机活塞式发动机控制技术研究。
　　本文首先利用平均值法分析对进入气缸的燃油和空气量进行分析，分别建立了气路模型、油路模型和燃烧模型；同时采用叶素法分析了旋翼桨叶的受力情况，得到旋翼的负载扭矩模型；最终由发动机动力学特性得到发动机转速输出模型。
　　控制律设计是发动机控制研究的一个重要环节，本文从常规控制、环境适应性控制和安全控制三个方面对发动机的控制进行研究。采用分段控制思想实现了发动机转速的安全平滑过渡，并通过对总距、前飞速度与需用功率关系的理论分析，本文设计了前馈加反馈的复合控制策略保证了额定工作时发动机转速的稳定；在发动机模型的基础上研究了发动机对环境的适应性控制技术，设计了温度压强前馈控制解决了发动机高原高温时功率供应不足发动机启动失败问题，同时还设计了模糊自适应PID控制器实现环境变化时控制器参数的在线自整定；另外本文对发动机使用过程中可能出现的故障进行分析，从控制的角度研究发动机的安全问题，并制定了相应的安全控制策略。
　　最后，通过地面开车试验和试飞试验验证了本文所设计的发动机控制策略能够实现发动机的安全启动和转速的平滑过渡，并能够保证发动机转速的精度控制在1％～2%范围内。另外从样例无人直升机的试飞试验，也验证了控制律以及安全控制策略的正确性和有效性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 无人直升机与发动机控制

1.3 发动机控制的技术特点

1.4论文研究背景

1.5研究目的与关键技术

1.6本文研究工作概要

第二章 无人直升机发动机控制研究方案

2.1引言

2.2系统硬件配置

2.3技术需求与设计目标

2.4发动机控制的研究方法

2.5 本章小结

第三章 无人直升机发动机建模

3.1 引言

3.2 发动机建模

3.3 旋翼负载建模

3.4 尾桨负载建模

3.5 负载特性模型MatLab验证

3.6 发动机动力学特性

3.7 发动机转速输出模型MatLab验证

3.8 本章小结

第四章 无人直升机发动机控制技术研究

4.1 引言

4.2 发动机转速控制系统

4.3 控制律设计

4.4 环境的适应性控制研究

4.5 安全控制策略研究

4.6 本章小结

第五章 仿真试飞试验验证

5.1 引言

5.2 数字仿真验证

5.3 地面试车试验

5.4 飞行试验

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果与发表的学术论文