小型無人直升機姿態(tài)通道智能辨識建模研究.pdf

1、飛行機器人，特別是小型無人直升機，具有廣闊的應用前景，越來越受到軍方和民用研究機構的關注。相對來說這是一個帶有軍事色彩的研究方向，國外相關的核心技術基本上都沒有公開，所以有必要獨立自主發(fā)展我國的無人直升機系統(tǒng)。建立精確模型有助于小型直升機控制器的設計，飛行品質(zhì)的評價等。由于直升機的復雜性，很難用牛頓定律及歐拉方程等建立精確的機理模型。經(jīng)過大量簡化后的近似牛頓力學模型，僅適用于理想環(huán)境低速飛行時的位置控制。從模型的精度和模型的實用性考慮，

2、系統(tǒng)辨識方法適合于小型直升機建模。由于用傳統(tǒng)辨識方法建立小型直升機模型存在許多局限，所以本文綜合智能辨識器的優(yōu)點來完成小型直升機的建模工作。本文研究了用智能辨識方法直接從輸入-輸出數(shù)據(jù)中提取直升機的姿態(tài)動力學特性，建立姿態(tài)通道精確模型，可以對小型直升機飛行時的姿態(tài)控制提供幫助。主要研究內(nèi)容如下： (1)詳細分析了小型直升機結構特點和動力學特性，然后介紹了在小型直升機飛行動力學研究中所用到的坐標系及坐標系轉換。接下來介紹小型直升

3、機的基本動力學方程，氣動力和力矩。最后介紹了小型直升機辨識建模的基本步驟。 (2)針對小型直升機辨識建模中，模型結構簡化不合理和傳統(tǒng)辨識方法對系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的苛刻要求等不足，本文通過理論分析，用一類可變結構分式傳遞函數(shù)表示姿態(tài)通道的輸入輸出特性，并作為待辨識的模型集。隨后用遺傳算法對其進行辨識，同時得到傳遞函數(shù)結構和參數(shù)，所得傳遞函數(shù)模型有助于傳統(tǒng)姿態(tài)控制器的直接設計。該方法不用在離散傳遞函數(shù)和連續(xù)傳遞函數(shù)問進行轉換，從而使誤差減

4、小，而且其在高頻的性能也好；該方法不僅可以用在小型直升機的辨識建模中，也可以用在其它采樣不準確的系統(tǒng)辨識中；該方法所得結果也可以為姿態(tài)通道T-S模型提供前提條件。 (3)姿態(tài)通道是非線性的，用一個線性傳遞函數(shù)是不能精確表示的。本文對數(shù)據(jù)進行區(qū)域劃分，不同的區(qū)間用不同的線性函數(shù)表示。隨后用T-S模糊模型來表示這種結構，并用聚類算法和神經(jīng)網(wǎng)絡方法得到T-S規(guī)則的前件隸屬度函數(shù)參數(shù)和后件線性參數(shù)，這樣就用局部的線性化表示了整個通道的

5、非線性。針對如何有效地利用人類知識的問題，分析了建立小型直升機模糊模型的關鍵性問題。所得模型有助于設計傳統(tǒng)與智能相結合的飛行控制器。 (4)針對小型直升機結構、飛行環(huán)境的復雜性及傳感器的非理想性等因素導致所采集的數(shù)據(jù)存在誤差的問題，本文結合最新的電子、計算機軟硬件技術、傳感器技術等，設計功能較完備的飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了實驗的方便和安全，設計了一個4自由度的地面實驗臺架用于采集小型直升機姿態(tài)輸入輸出數(shù)據(jù)，隨后對數(shù)據(jù)進行預處理后