论文部分内容阅读
小型无人直升机需要增稳措施来提高其易操控性和抗干扰性,与采用希勒伺服旋翼和锁尾陀螺仪的增稳方案相比,采用电子增稳系统可以免除机械希勒翼从而简化旋翼头结构,有效减少直升机的机械故障、维护成本与动力耗损。本文围绕电子增稳系统的设计展开研究。首先对小型直升机进行机理建模,通过简化模型得到便于分析的直升机运动方程、主旋翼与希勒翼的挥舞运动方程等数学模型,为电子增稳系统的设计提供依据。然后定性分析了贝尔-希勒系统与锁尾陀螺仪的工作原理,并对电子增稳系统的设计提出要求。电子增稳系统可以分为偏航控制器与滚转-俯仰控制器。偏航控制器基本算法为PI控制,但常规PI控制不能同时实现突变和缓变给定角速度的良好跟踪,针对该问题提出了三种优化算法:(1)增益调度PI控制算法、(2)改进的积分限幅算法以及(3)为给定信号安排过渡过程的算法,并通过仿真验证了后两种算法的有效性。采用偏航通道的模型,通过仿真验证了在PID参数整定方面简单有效的IMC-PID控制器设计方法。滚转-俯仰控制器又分为角速度控制模式与姿态控制模式。设计了基于贝尔-希勒系统模型的滚转-俯仰角速度控制器,通过仿真探究了其各参数的作用,与常规PI控制器的仿真对比突出了贝尔-希勒型控制器更好的瞬态响应性能。进行了互补滤波姿态解算算法的推导,设计了PD姿态控制器。最后介绍了本文实验平台的组成,并对实验数据进行分析,提出仍可改进的地方。实验数据验证了本文电子增稳系统算法的有效性,所设计的电子增稳系统算法丰富了实验室的飞控系统,优化了小型无人直升机平台。