微小型无人直升机角动态的建模研究

摘要

微小型无人直升机因其体积小、重量轻、隐蔽性和机动性好、易实现悬停和超低空飞行，在军事和民用领域都具有广阔的应用前景。近年来更是吸引了国内外众多研究组织和机构对其进行研究。 在微小型无人直升机的研究中，动力学模型的建立是公认需要解决的关键问题。直升机的建模具有模型阶次高、待辨参数多、测量精度低的特点，同时某些关键量不可直接测量。现有的直升机基础理论基本上是针对常规有人直升机，与微小型无人直升机的结构和有较大的差别，因而探索将飞行数据和机理结合的建模方法显得尤为重要。在微小型无人直升机的建模研究中，姿态角运动建模(角动态)尤其受到关注，这与其在描述无人直升机运动中的支配性地位是分不开的，同时这也是最为复杂的一部分。对于这一问题，本文试图利用直升机的机理建模结合飞行实验的数据来确立角动态的模型。具体来说，本文主要做了以下工作： 1.建立了样例微小型无人直升机在悬停状态下的角动态耦合的线性模型。针对悬停状态的特点，提出简化假设，利用机理推导得出连续的角动态模型，由于机理得出的模型阶次较高，难以设计控制器，所以差分化后采用逐步后向回归的方法简化模型结构，同时辨识参数。确立了从提出简化假设、建立连续模型、差分化模型、通过逐步后向回归的方法简化模型结构的同时辨识参数、检验模型、修改假设直至最终建立可靠模型的步骤。 2.建立了考虑耦合的非线性的支持向量机模型.首先综述了统计学习理论和支持向量机方法，介绍了其在建模中的运用。然后通过机理定性分析确定了输入的变量和阶次，最后利用交叉验证的方法验证所得模型，模型预测数据和飞行实验数据相比，所建模型比较好地反映了样例无人直升机的动态特性，因而具有很大的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1微小型无人直升机概述

1.2国内外研究现状

1.3微小型无人直升机建模的主要研究内容

1.3.1机理建模法

1.3.2系统辨识

1.3.3神经网络

1.3.4建模方法小结

1.4本文的主要研究内容和结构

第2章微小型无人直升机动力学建模基础

2.1坐标系

2.1.1微小型无人直升机动力学模型的坐标系选择及对称性简化

2.2微小型无人直升机的飞行动力学

2.2.2微小型无人直升机的旋翼动态特性

2.3微小型无人直升机研究平台

2.3.1系统构成

2.3.2传感器

2.3.3多传感器的数据采集和融合

2.3.4地面控制站

2.3.5机载电源

2.4小结

第3章悬停状态下的角动态线性模型建模

3.1引言

3.2模型的结构辨识

3.2.1线性最小二乘法

3.2.2参数的假设检验

3.2.3回归方程的F检验

3.2.4逐步后向回归法

3.3飞行实验

3.3.1实验方案

3.3.2输入信号设计

3.3.3数据的预处理

3.4微小型无人直升机角动态模型的建立

3.4.1基于刚体模型的角动态建模

3.4.2考虑旋翼、稳定杆和机身耦合的无人直升机角动态建模

3.4.3考虑横纵向耦合的微小型无人直升机模型

3.5小结

第4章基于SVM的微小型无人直升机非线性建模

4.1引言

4.2统计学习理论概述及支持向量机算法分析

4.2.1统计学习理论的核心内容

4.2.2支持向量机

4.3基于支持向量机的模型辨识

4.3.1基于支持向量机原理的线性模型辨识

4.3.2基于支持向量机原理的非线性系统辨识

4.4基于支持向量机回归的微小型无人直升机非线性模型辨识

4.4.1微小型无人直升机的特征变量选择

4.4.2微小型无人直升机的支持向量机模型的实现

4.5小结

第5章总结与展望

5.1论文的主要结论

5.2进一步的研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士期间完成的学术论文

作者简介