无人直升机飞行控制技术研究.pdf

南京航空航天大学
硕士学位论文
无人直升机飞行控制技术研究
姓名：陈健
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：王道波
20080101
南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
无人直升机能适应复杂多变的环境 具有无人员伤亡 隐蔽性好 战场生
存力高等优越性 在军事和民用上有着很好的应用前景 本文以无人直升机项
目为背景 结合飞行控制系统研制工程实践 深入研究了无人直升机飞行控制
系统设计 研制与实现的关键技术
首先 运用线性化小扰动方程对通道的耦合关系进行了分析 在此基础上
采用前馈补偿控制初步实现悬停状态下的解耦控制 从工程应用的角度出发
采用串级控制结构 运用经典控制理论进行了姿态回路 高度回路 速度回路
位置回路和发动机转速控制回路的控制律设计 探讨了无人直升机的航线控制
和航迹规划问题 实现了协调转弯和小航线自主飞行的控制
其次 研究了飞行控制系统的工程实现技术 完成了飞行控制计算机的测
试 飞行控制软件及遥控遥测软件的设计与实现 对飞行控制系统的仿真进行
了研究 针对全数字和半实物仿真两种方案的需求和结构 重点构建了半实物
仿真回路 完成了仿真系统的设计与实现 进行了全数字 半实物仿真试验和
发动机试车试验 对仿真结果进行了分析 并对仿真的置信度进行了初步的评
估 验证了飞行控制律设计的正确性与有效性 飞行控制系统具有良好的控制
效果
最后 对飞行控制系统传感器姿态信号的故障容错技术进行了研究 采用
解析余度加硬件余度的方案 利用序贯概率比检验实现了双余度传感器姿态信
号故障的检测和识别

关键词 无人直升机 飞行控制 半实物仿真 容错 组合导航系统
i
ABSTRACT
As its advantages of good environmental adaptability, no casualty, good
concealing and high survivability in battlefield, unmanned helicopter has great
application prospects in both military and civil fields. Based on the design of
unmanned helicopter flight control system project, this paper mainly studies on
design, development and realization of the flight control system.
Firstly, on the basis of analysis on its coupling characteristics with the linear
differential equation, the decoupling control is realized primarily utilizing
feedforward compensation control. The control law of attitude, height, velocity,