小型無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)通道智能辨識(shí)建模研究.pdf

1、飛行機(jī)器人，特別是小型無(wú)人直升機(jī)，具有廣闊的應(yīng)用前景，越來(lái)越受到軍方和民用研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。相對(duì)來(lái)說(shuō)這是一個(gè)帶有軍事色彩的研究方向，國(guó)外相關(guān)的核心技術(shù)基本上都沒(méi)有公開(kāi)，所以有必要獨(dú)立自主發(fā)展我國(guó)的無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)。建立精確模型有助于小型直升機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，飛行品質(zhì)的評(píng)價(jià)等。由于直升機(jī)的復(fù)雜性，很難用牛頓定律及歐拉方程等建立精確的機(jī)理模型。經(jīng)過(guò)大量簡(jiǎn)化后的近似牛頓力學(xué)模型，僅適用于理想環(huán)境低速飛行時(shí)的位置控制。從模型的精度和模型的實(shí)用性考慮，

2、系統(tǒng)辨識(shí)方法適合于小型直升機(jī)建模。由于用傳統(tǒng)辨識(shí)方法建立小型直升機(jī)模型存在許多局限，所以本文綜合智能辨識(shí)器的優(yōu)點(diǎn)來(lái)完成小型直升機(jī)的建模工作。本文研究了用智能辨識(shí)方法直接從輸入-輸出數(shù)據(jù)中提取直升機(jī)的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)特性，建立姿態(tài)通道精確模型，可以對(duì)小型直升機(jī)飛行時(shí)的姿態(tài)控制提供幫助。主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)詳細(xì)分析了小型直升機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)特性，然后介紹了在小型直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)研究中所用到的坐標(biāo)系及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。接下來(lái)介紹小型直升

3、機(jī)的基本動(dòng)力學(xué)方程，氣動(dòng)力和力矩。最后介紹了小型直升機(jī)辨識(shí)建模的基本步驟。 (2)針對(duì)小型直升機(jī)辨識(shí)建模中，模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化不合理和傳統(tǒng)辨識(shí)方法對(duì)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的苛刻要求等不足，本文通過(guò)理論分析，用一類(lèi)可變結(jié)構(gòu)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(shí)的模型集。隨后用遺傳算法對(duì)其進(jìn)行辨識(shí)，同時(shí)得到傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)。該方法不用在離散傳遞函數(shù)和連續(xù)傳遞函數(shù)問(wèn)進(jìn)行轉(zhuǎn)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(jī)的辨識(shí)建模中，也可以用在其它采樣不準(zhǔn)確的系統(tǒng)辨識(shí)中；該方法所得結(jié)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(gè)線性傳遞函數(shù)是不能精確表示的。本文對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(lái)表示這種結(jié)構(gòu)，并用聚類(lèi)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(gè)通道的

5、非線性。針對(duì)如何有效地利用人類(lèi)知識(shí)的問(wèn)題，分析了建立小型直升機(jī)模糊模型的關(guān)鍵性問(wèn)題。所得模型有助于設(shè)計(jì)傳統(tǒng)與智能相結(jié)合的飛行控制器。 (4)針對(duì)小型直升機(jī)結(jié)構(gòu)、飛行環(huán)境的復(fù)雜性及傳感器的非理想性等因素導(dǎo)致所采集的數(shù)據(jù)存在誤差的問(wèn)題，本文結(jié)合最新的電子、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、傳感器技術(shù)等，設(shè)計(jì)功能較完備的飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了實(shí)驗(yàn)的方便和安全，設(shè)計(jì)了一個(gè)4自由度的地面實(shí)驗(yàn)臺(tái)架用于采集小型直升機(jī)姿態(tài)輸入輸出數(shù)據(jù)，隨后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后