无人直升机吊装系统预设性能鲁棒减摆控制（英文）

针对无人直升机吊装系统在吊运过程中受扰而偏离平衡态的问题,研究了一种基于误差转换函数的鲁棒减摆控制方法。首先建立无人直升机吊装系统的全状态耦合非线性数学模型;其次利用平飞下无人直升机吊装系统的两个理想摆角值和实际摆角值构造了摆角误差,并且研究误差变换函数以保证摆角误差满足预设性能;然后引入非线性干扰观测器估计有界干扰,并且分别基于预设性能方法、干扰观测器的输出和滑模反演方法设计无人直升机吊装系统的鲁棒控制器、速度和姿态子系统的鲁棒控制器;进一步利用构造的李雅普诺夫函数证明了闭环系统稳定性;最后仿真结果表明了控制策略的有效性。     

共轴式直升机地面共振非线性仿真

建立了共轴式直升机旋翼/机体耦合的非线性动力学模型。在不考虑桨叶减摆器和起落架非线性因素的前提下,通过求解某模型直升机不同转速时桨叶摆振和机体运动的时域响应,确定了该直升机发生地面共振的转速范围,并与特征值分析确定的共振转速范围进行了对比验证。最后,分别采用非线性动力学模型和线性化模型对不同转速时的上、下旋翼桨叶摆振和机体运动响应进行了动态仿真计算,发现：在稳定区内,系统 非线性因素的影响不大;在不稳定区,非线性系统与线性化系统的响应特性呈现显著差异,且非线性系统将出现极限环现象。     

一种直升机粘弹减摆器时域模型参数识别方法

在时域内建立了直升机粘弹减摆器的非线性模型。该模型基于不可逆热力学原理，在线性滞弹性位移场(Anelastic displacement fields，ADFs)模型的基础上，通过一组材料状态变量函数引入了粘弹性材料的非线性特性；文中以硅橡胶为研究对象，在粘弹减摆器实际工作中比较典型的幅值和频率范围内，进行了简谐实验，并通过两位移幅值(0．1cm，0．6cm)的应变／应力滞迟回线直接进行模型参数识别。最后，通过与线化复模量、不同幅值的应变／应力的滞迟回线等实验数据比较，证实了本文模型具有较好的可靠性，为进一步研究直升机粘弹减摆器的性能和带减摆器的旋翼气弹分析奠定了基础。     

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。     

基于分岔理论的直升机地面共振分析

基于拉格朗日法建立了旋翼/机体耦合的直升机地面共振动力学模型,该模型考虑了非线性桨叶摆振阻尼的影响.采用非线性分岔理论对无阻尼地面共振动力学系统的自激振动边界进行了预测,并与经典的Cloeman特征方程法得出的结果进行了对比验证.随后利用该理论分析了无阻尼及含桨叶非线性摆振阻尼的地面共振系统的动力学特性.结果表明,采用非线性桨叶摆振阻尼使地面共振动力学系统在自激振动区域呈现出有限幅度的极限环振动,同时也避免了系统在该区域运动发散,且极限环振动幅值与非线性阻尼相关.     

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。     

无人直升机自适应神经网络姿态控制

回顾了自适应飞行控制技术、反馈线性化和模型逆理论，分析了误差动力特性．设计了自适应神经网络姿态控制系统。其中，模型逆基于悬停状态，基于神经网络的自适应控制律能够确保跟踪误差和控制信号的有界。仿真结果表明：模型逆增强的非线性神经网络能够对无人直升机的不确定性和建模误差进行自适应。而且对PD控制器和鲁棒项系数变化的仿真结果进行了比较。     

前轮非线性摆振稳定性分析

飞机前起落架支柱上的几个非线性项,例如扭转间隙、库仑摩擦以及速度平方阻尼等,对前轮摆振稳定区域有着重要的影响.文中假设前起落架支柱上端固支,并且给出了用以描述五自由度的前轮摆振运动的非线性微分方程组,使用描述函数法研究了上述三个非线性项对前轮摆振稳定区域的影响,将准线性化的方程组代入状态空间内,利用优化特征值实部的方法确定摆振系统的极限环幅值、摆振频率以及临界参数曲线,这种方法可以免去以往摆振稳定性分析时冗长的代数推导.作为比较,文中还计算了前轮线性摆振系统的临界频率以及临界参数曲线,两种结果比较分析表明,支柱内的几个非线性项对前轮摆振稳定区域有着重要的影响,由于扭转间隙的存在,使得飞机临界滑跑速度大大降低.     

直升机吊挂飞行耦合分析

从气动导数和运动模态两个层面分析了直升机吊挂飞行中的耦合。首先,建立了直升机/刚性吊索/刚体吊挂物的全耦合飞行动力学模型。然后,计算了配平特性和频响特性,并与飞行试验数据对比验证了模型。最后,通过算例分析了直升机与吊挂系统的耦合。分析表明:直升机上吊挂点处的运动和作用力是形成相互耦合的关键。相互耦合使得直升机姿态对其角运动产生静稳定作用,直升机自身阻尼对整个系统产生作用,同时还增强了吊索摆角对吊索摆动的静稳定性。气动导数的变化削弱了直升机滚转和荷兰滚模态的稳定性,改善了吊挂系统两个单摆模态的动稳定性。直升机和吊挂系统的横航向耦合强于纵向耦合。     

旋翼结构参数及动力学参数对直升机操纵稳定性的影响研究

分析了直升机旋翼的预锥角，预掠角，桨叶根部的约束刚度和阻尼对直升机操纵性和稳定性的影响。旋翼的动力学模型采用有挥舞铰和摆振铰外伸量，桨叶根部在挥舞和摆振两个方向上都带有不弹性约束的形式；旋翼桨盘处的诱导速度分布采用自前向后直线增大的形式。分析结果表明：旋翼的预锥角和预掠角对直升机全朵的稳定性和操纵性的影响可以略去不计，而桨叶银部挥舞方向上的弹性约束刚度对直升机全机的操纵稳定性有较大影响，摆振方向上     

无人直升机非线性飞行仿真建模与验证

针对无人直升机飞行仿真,建立了能够满足实时仿真要求的非线性飞行动力学模型。以某型无人直升机为样例,开展飞行控制律设计,完成了悬停机动飞行和小速度飞行的半物理仿真,并与飞行试验数据进行对比验证。分析表明:仿真结果和试验结果吻合,验证了非线性飞行动力学模型的准确性。飞行过程中,直升机姿态能够较好跟踪其设定值,验证了飞行控制参数的合理性。     

外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响研究

针对外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响的问题,采用雷诺时均Navier-Stokes(Reynolds average Navier-Stokes,RANS)方法对加装武器系统前后,不同前飞速度、武器安装角和挂载状态下的气动特性进行了数值计算。然后将大速度前飞状态时的气动特性与加装外挂武器之前的风洞试验结果进行了对比分析。结果表明,采用悬臂梁外挂方式加装武器对阻力有显著影响,前飞速度和武器发射安装角变化对纵向气动特性几乎没有影响。外挂武器安装位置和数量变化对无人直升机的纵向气动特性影响很小。研究结果可为武装无人直升机选择合适的武器外挂和发射方式提供参考。     

小型无人直升机模糊飞行控制系统设计

为了实现小型无人直升机的自主飞行,本文研究了它的飞行控制系统。基于模糊控制技术,根据某小型无人直升机飞行动力学数学模型,设计了模糊控制规则,并研究了模糊规则的表格查询学习算法;通过无人直升机操作手的经验,对模糊规则进行评价,并通过试验进行校正和更改,在此基础上,引入积分环节进一步提高控制系统的性能。     

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。     

基于神经网络的非线性自适应输出反馈控制

针对能够采用仿射非线性表示的含有未建模动态的SISO非线性系统，讨论了一种基于神经网络的自适应控制方法，该方法对受控对象的已知部分，有用反馈线性化方法设计控制器，用神经网络在线补偿未建模动态及外部干扰等引起的误差，从而实现自适应控制。对具有未建模动态的双车倒立摆设计了输出反馈自适应控制系统，仿真表明该方法是有效的。     

前飞时海豚旋翼桨叶的气动弹性稳定性

本文推导了海豚直升机旋翼桨叶在前飞时的挥摆耦合运动的非线性微分方程组,研究了前飞旋翼的两种不同平衡过程(真实前飞和风洞试验),运用多变量的Floquet-Liapunov理论对带周期系数的线性系统进行了稳定性分析。最后,探讨了桨叶根部的阻尼约束对海豚直升机旋翼桨叶气动弹性稳定性的影响。     

直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析新方法(英文)

研究了前飞状态下直升机旋翼 /机身耦合系统的气动 /机械稳定性问题。根据柔性多体系统动力学理论 ,通过构造一种 2 4自由度的刚柔混合单元得到旋翼 /机身耦合系统的周期时变运动方程 ,建模中考虑了桨叶预锥、后掠、中等弹性变形以及直升机机身和传动轴的弹性影响 ,体现出铰接式桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用 ,推导中对桨叶挥舞、摆振和变距转角幅值未加任何限制。根据 Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究 ,采用 Newmark直接数值积分方法得到转移矩阵。对某新型直升机的气动 /机械稳定性进行了分析 ,结果发现对于给定的前飞状态是稳定的 ,但是随着传动轴弯曲和扭转刚度的降低出现不稳定现象。     

具有复合非线性特征不确定系统的自适应反推控制

针对一类具有复合非线性特征的不确定系统,提出了一种自适应反推多滑模近似变结构控制方案.基于模型分解的方法建立了具有复合非线性特征的执行器模型.论文设计径向基函数神经网络近似系统的未建模项,借鉴Nussbaum增益设计技术解决控制增益未知的问题,使用自适应律估计不确定干扰和神经网络近似误差的上边界.自适应近似变结构控制能...     

面向货物运输的移动平台设计与无人直升机追踪控制

由于无人直升机具有垂直起降、机动性好的特点,使其可用于移动平台之间的货物运输,因此,提出了无人 直升机跟踪移动平台的货物运输方法。设计了一套用于无人直升机追踪实验的动平台,动平台上可放置物品,无人直升机在追踪动平台过程中同时完成物品的拾起和码放。动平台系统由移动小车平台、运动控制器、引导装置以及地面监视软件等组成,采用MEMS-SINS/GPS组合导航系统作为引导装置的核心部件,完成对移动小车平台的位置和速度估计。提出了由单点GPS测量点提供多个目标点位置的方法,可使无人直升机方便快捷地知道需要拾起和码放物品的目标点。设计开发了一套操作简便、显示友好的地面监控软件,辅助移动平台正常运行,能有效监控引导装置与无人直升机的通信。     

神经网络在旋翼／机身气动干扰模型中的应用

由于直升机自身的特点,旋翼／机身气动干扰呈现非线性,且受多种因素的影响,用神经网络来解决这一非线性问题是一个很好的办法。将旋翼／机身气动干扰试验数据构造的学习样本,对网络参数进行学习,可以得到旋翼／机身气动干扰神经网络模型,进而可以用该神经网络模型研究直升机机身受旋翼气流干扰时的空气动力特性。参数训练好的旋翼／机身气动干扰神经网络模型可直接用于直升机气动设计和实时仿真。笔者在对旋翼／机身气动干扰神经网络模型的建立进行论述外,还简要介绍了旋翼／机身气动干扰试验。