无人直升机飞控系统设计与应用

论述了将Voyage模型直升机改造成全自主无人直升机的工作。首先,改造了直升机结构,设计了飞控电子设备和基于客户／服务模式的飞控软件和地面站软件;其次,利用扫频数据进行频域辨识,建立了直升机姿态通道的动力学模型;最后,设计了飞行控制律,实现了在悬停和低速下的全自主飞行。     

小型无人直升机飞行动力学建模及增稳设计

在分析小型无人直升机的结构布局及飞行特点的基础上，建立了飞行动力学通用结构模型。然后依据通用结构模型，利用飞行实测数据，得到悬停和前飞状态下的辨识模型。在分析辨识模型的动态响应特性后，根据飞行品质规范的要求，采用极点配置技对模型进行了增稳设计，并进行仿真验证。结果表明该增稳器效果良好，应用这种方法建立的小型无人直升机的增稳模型可直接应用于飞行控制系统的设计。     

考虑非理想噪声干扰的直升机飞行动力学模型辨识方法

利用MATLAB/SIMULINK平台搭建了直升机仿真实验系统,并以UH-60直升机为对象实现了考虑非理想噪声干扰的仿真飞行实验。建立了非理想噪声数学模型并基于增广最小二乘法设计 了一套同时考虑模型参数和噪声参数的综合辨识算法,在此基础上,利用仿真实验数据实现了UH-60直升机纵向飞行动力学模型的辨识与验证。最后,通过与普通最小二乘法的对比验证了本文方法的优越性。      

基于子空间法的小型直升机飞行力学模型辨识

研究了直升机飞行力学模型辨识方法。首次将状态子空间系统辨识法应用于直升机飞行力学模型的辨识,并对其进行了改进。通过辨识成功地得到了悬停状态下小型直升机的高阶飞行力学模型,并进行了算例直升机仿真验证。结果表明,状态子空间法辨识具有良好的鲁棒性,不会出现经典辨识算法寻优过程中出现的局部极小现象,以及迭代带来的收敛性问题,对于辨识直升机飞行力学模型是非常适用和有效的。     

直升机机身动特性的参数影响分析

改进改型是直升机研制中的一项重要内容。如何快速高效地进行机身结构改变,使改变后的机身动特性满足要求,是一项具有重要工程价值的技术。本文利用直11机身有限元模型,计算分析了前六阶模态的固有频率和振型,并对模型的动力学特性进行了参数灵敏度分析,讨论了质量、材料弹性模量、以及单元几何属性等参数对机身动特性的影响,并给出了影响最大的参数及其所在位置,为直升机机身改进改型设计提供参考依据。     

基于自适应干扰观测器的无人直升机模型参考跟踪控制

针对外部干扰影响下无人直升机（Unmanned aerial helicopter, UAH）模型参考跟踪控制问题开展研究,提出基于自适应干扰观测器的跟踪控制设计方案。首先,根据干扰部分可测特性将其建模为存在参数误差下的非线性外源系统,并设计了状态观测器及其自适应调节下的干扰观测器（Disturbance observer, DO）,用于估计无人机系统的未知状态和外部干扰。其次,将模型参考控制与基于干扰观测器的控制方法相结合,提出抗干扰复合控制设计策略,获得了由观测与跟踪误差动态组成的闭环系统。再次,利用Lyapunov稳定性理论建立了给定H∞性能下判定闭环系统渐近稳定的充分性条件,并借助矩阵变换技术获得了观测器和控制器的联合设计方案。最后,通过数值仿真验证了所提跟踪控制算法的有效性和优越性。     

有效载荷／运载火箭耦合分析的频域方法

盘算尖响函数综合技术导出了用耦合频响函数和无有效载荷的运载火箭界面加速度响应表示的有效载荷／运载火箭耦合动力分析的频域方法，给出了以自由界面的运载火箭模态分数放自由界面或固定界面有效载荷模态参数构成的耦合频响函数表达式。     

基于事件的无人直升机分布式飞行控制系统实现

利用中间件TAO及其事件服务机制,设计了分布式飞行控制系统。为了实现该系统,开发了公共事件服务组件(包括事件提供组件和事件消费组件),其他需要事件服务的组件对其进行简单地调用,就可以实现分布在不同计算机、不同操作系统、应用不同语言编写的组件之间的通信。仿真结果表明：这种实现方式大大增强了系统组件的重用性,使组件之间解耦,提高了系统设计的效率,降低了开发费用。     

基于Simulink的某型无人直升机舰面悬停特性分析

应用Matlab/Simulink对单旋翼带尾桨直升机在舰船尾流场中悬停时的平衡特性进行建模和仿真分析.首先采用CFD软件计算SFS2舰在不同风速和风向下尾部甲板上方的流场.然后将其与旋翼流场相耦合,在Simulink软件中建立单旋翼带尾桨直升机舰面起降飞行动力学模型,应用Simulink线性分析工具箱,对某型无人直升...     

基于机体振动的直升机桨毂阻尼故障诊断

研究了仅用机体振动信号诊断旋翼减摆器阻尼失效、轴向铰卡涩和水平铰卡涩3种桨毂阻尼故障的可行性。在旋翼试验台上分别设置上述3种阻尼故障,测取机体振动响应,利用快速傅立叶变换分析其频谱特征。分析表明,3种阻尼故障引起的机体振动谱图互不相同。采用概率神经网络实现了3种阻尼故障的正确分类。研究表明,仅用机体振动响应实现旋翼阻尼故障诊断是可行的。     

非线性系统参数识别的频域法

本文研究非线性构件特性参数的频域识别方法。在概念上,把非线性单元分为“带线性参数的”和“带非线性参数的”两类。首先建立起全部由带线性参数的非线性单元构成的非线性构件时域和频域线性识别方程。接着把含有死区和理想弹塑性滞后回线特性等带非线性参数的非线性单元的一个参数“线性化”,结合上述线性识别方程和单参数优化在时域和频域内识别参数。比较时域和频域识别的过程和结果,表明了频域法在数据处理、抗噪能力和识别精度等各方面都要优于时域法,应用前景较好。     

直升机旋翼旋转状态下浆叶固有频率的测试

直升机旋翼固有频率的合理配置是其动力学设计的关键之一，除了分析计算外，在型号研制中还必须进行试验校验。本文介绍了一种对全尺寸旋翼在旋转状态下通过自动倾斜器激振，对应变响应的分析找出其固有频率的试验方法。针对旋翼试验中干扰因素多等特点，提出了一种将时域数据分段处理的新方法，在找挥舞二阶固有频率的过程中，经过认真的分析研究，对一个与之接近的频率给出了合理的解释。     

边界约束对直升机尾操纵拉杆安装频率影响分析

针对某型直升机在飞行过程中出现脚蹬高频振动问题,通过飞行振动数据分析,确定了故障原因为尾操纵拉杆动特性不佳导致尾操纵拉杆局部共振,从而引起脚蹬高频振动。为了满足装配要求,尾操纵拉杆与安装支座之间为间隙配合,导致尾操纵拉杆边界约束存在不确定性,因此有必要进行边界约束敏感性分析。本文采用弹簧刚度表征尾操纵拉杆边界约束,并基于Ritz法建立尾操纵拉杆理论模型,分析讨论了边界约束对尾斜拉杆安装频率的影响,同时根据计算分析结果提出了相应的解决方案。经地面动特性试验和飞行试验验证,该解决方案可以有效改善该型机脚蹬高频振动问题,同时对后续操纵拉杆设计和分析具有一定的参考意义。     

无人直升机目标定位系统设计

为了提高无人直升机在自主飞行作业时的精确性,本文设计了一套获取无人直升机相对于任务目标飞行状态的测量系统。该系统采用机载激光雷达对无人直升机周围环境进行扫描建模,使用STM32作为微控制器设计硬件电路实现系统功能。提出一种针对性算法,对扫描范围内的环境数据进行处理与分析并解算出飞行状态。此外,还使用Labview进行上位机软件的开发,可以实时显示该系统测量得到的状态结果。实际测试结果表明,该系统可以准确获取无人直升机相对于任务目标的距离和方位角。     

滑跑速度对直升机侧向模态频率的影响

建立了直升机滑跑时机体侧向模态频率的计算模型,用停机状态的试验数据对理论模型进行了验证,误差在10%以内。不大的总距操纵可建立起直升机的稳定滑跑,而起落架机轮侧向刚度随滑跑速度的增加而降低,这是导致机体侧向二阶模态频率随滑跑速度降低的主要原因。特别在低速滑跑阶段,机体侧向二阶模态频率随滑跑速度的提高而迅速下降,与停机状态相比,滑跑速度在35km/h时机体模态频率的降幅高达47.6%。     

旋翼变距拉杆关节轴承磨损故障特征及磨损程度识别

在旋翼故障试验台上设置不同程度的变距拉杆关节轴承磨损故障,分别测量其引起的机体振动信号,通过频谱分析技术提取该类故障的机体振动特征。取故障信号频谱分量作为训练和测试样本,利用径向基神经网络的良好逼近能力,实现了仅用机体振动信号来识别变距拉杆关节轴承磨损程度,识别平均误差小于10%。该诊断方法简捷可行,为进一步开发旋翼状态监测与故障诊断系统提供技术基础。     

碟形轴对称无人直升机总体设计

在研究碟形轴对称无人直升机气动特性的基础上,选择碟形无人直升机总体参数并提出了一个总体方案;给出了碟形无人直升机的飞行性能计算方法;建立了碟形无人直升机飞行动力学模型,分析碟形无人直升机的操纵性和稳定性,并进行飞行仿真验证。结果表明：本文提出的碟形无人直升机的总体设计方案和设计方法是可行的。     

多变量线性定常最优调节器的频域补偿器设计

本文用频域方法讨论了二次型性能指标下的多变量线性最优调节器的补偿器设计问题,得到了其解的频域形式。方法简单,求解方便。