四旋翼无人直升机飞行控制技术研究

四旋翼无人直升机是一种外型新颖结构简单的无人机,具有一定的军事和民用价值。针对四旋翼无人直升机的独特性能,重点研究了其数学建模以及飞行控制律的设计问题。尝试采用动态逆和变结构控制相结合的方法设计四旋翼无人直升机飞行控制律。 首先,分析了四旋翼无人直升机的特点和飞行运动方式,建立了其六自由度动力学模型,并详细分析了其动力学特性。其次,应用经典控制方法设计了四旋翼无人直升机的飞行控制律。 然后,根据时间尺度理论,将四旋翼无人直升机飞行控制系统划分为快变量、较快变量和慢变量三个子系统。分别对三个子系统应用动态逆控制,动态逆控制虽然可以得到较好的动态特性,但鲁棒性能较差。为了使所设计的系统能够抗气动参数的不确定性和外界扰动的影响,在应用动态逆理论进行线性化后,应用变结构控制提高系统的鲁棒性。整个系统的控制律设计简单,易于工程实现。 最后,通过仿真实验表明,非线性动态逆是一种精确线性化方法,若模型足够精确,这种方法在理论上将会收到很好的控制效果。但实际系统不可避免的存在参数摄动和扰动,其控制效果不够理想。变结构控制方法的引入很好地解决了这一问题。动态逆和变结构控制相结合的控制律具有良好的动态特性、跟踪特性和鲁棒特性,应用这种方法设计四旋翼无人直升机飞行控制系统是可行和有效的。