纵列式无人直升机建模及非线性控制

纵列式无人直升机是一种很好的侦察平台,具有重要的军事和民用价值。本文针对纵列式无人直升机的独特性能,重点研究了纵列式无人直升机的建模及其非线性控制设计,主要研究内容和研究成果包括: (1) 综述并分析了无人直升机的研究现状及非线性控制方法。 (2) 针对自研纵列式无人直升机,建立了旋翼动力学、操纵系统动力学模型,推导出全状态非线性方程,提出简化条件,将之变换为仿射非线性形式。 (3) 对于仿射非线性形式的纵列式无人直升机模型,利用输入/输出反馈线性化方法,设计了输出跟踪控制律,并分析了纵列式无人直升机的非最小相位特性。 (4) 针对纵列式无人直升机的非最小相位特性,提出一种结合多输入多输出系统的动态扩展和近似线性化进行输出跟踪的方法,并利用Lyapunov函数对输出跟踪误差的有界稳定性进行了证明。 (5) 对于纵列式无人直升机跟踪轨迹未知、模型存在不确定性的情况,结合非线性输出调节理论,提出一种基于自适应内模的输出调节方法。仿真研究表明该方法能够实现纵列式无人直升机对一类参数已知或未知的垂直运动的稳定跟踪。 (6) 提出一种应用进化策略进行PID形式模糊控制器规则扩展及参数优化的方法,并将之应用于纵列式无人直升机的控制器设计。仿真研究表明该控制器可以明显地提高纵列式无人直升机的位置指令响应性能。