无人直升机大机动飞行鲁棒控制

基本信息
批准号:61203071
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:陆耿
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:钟宜生,余瑶,王夏复,刘昊,焦壮,王冰
关键词:
鲁棒控制非线性系统航迹跟踪无人直升机姿态控制
结项摘要

Unmanned helicopter is an aerial platform with high freedom and flexibility, which has great application potential in both military and civil areas. Since the model of helicopter is multi-variable, under-actuated, nonlinear, strongly coupled and uncertain, the controller design is still very challenging. Until now most of the designed autonomous control strategies can make such vehicle flight under hover or mild maneuvers, which limits its application. This research will be carried out starting from theoretical modeling of unmanned helicopter system. Based on analysis of mechanical structure and dynamic property, a robust attitude controller design mehtod will be proposed based on LQR with a robust compensator. Furthermore, a robust trajectory tracking controller design method will be presented based on H∞ with a signal compensator. The goal of this research is to make unmanned helicopter flight in aggressive maneuvers with high precision automatically. The research work includes system analysis, nominal controller design, robust compen- sator design and experimental verifications. As the research target, both attitude regulation and trajectory tracking control can be achieved with the proposed robust control strategy under multiple flight status without controller switching. The related results will expand the application area of unmanned helicopters, such as tracking ground moving object with high speed, precise and stable flight in strong wind, takeoff/landing on sea ships, and so on.

无人直升机是一种具有高度自由度和灵活性的空中飞行平台,在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。由于直升机具有多变量、欠驱动、非线性、强耦合、不确定性等特点,目前国内外已实现的自主飞行控制方法大多仅能令其工作于悬停或低机动飞行状态,限制了其应用范围。本研究拟在对无人直升机结构和动力学特性进行分析的基础上,提出一种基于信号补偿的鲁棒LQR姿态控制方法,以及一种信号补偿的鲁棒H无穷航迹跟踪控制方法,使无人直升机能实现高精度大机动自主飞行。研究工作将围绕系统分析、标称控制器设计、鲁棒补偿器设计、实验验证等环节展开。最终实现无需切换结构、可工作于多种飞行状态的无人直升机鲁棒姿态控制和鲁棒航迹控制。相关成果将扩大无人直升机的应用领域,如实现对地面高速运动物体的跟踪、有强风扰动情况下的精确航迹平稳飞行、海上舰艇起降等。

项目摘要

无人直升机是一种具有高度自由度和灵活性的空中飞行平台,在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。由于直升机具有多变量、欠驱动、非线性、强耦合、不确定性等特点,目前国内外已实现的自主飞行控制方法大多仅能令其工作于悬停或低机动飞行状态,限制了其应用范围。本研究在对无人直升机结构和动力学特性进行分析的基础上,提出一种基于信号补偿的鲁棒姿态和航迹跟踪控制方法,使无人直升机能实现高精度大机动自主飞行。研究工作围绕系统分析、标称控制器设计、鲁棒补偿器设计、实验验证等环节展开。研究内容包括无人直升机大机动飞行鲁棒控制研究、无人直升机自主编队飞行鲁棒控制问题,以及无人直升机利用机载视觉传感器实现机动目标跟踪鲁棒控制问题,均经过实际飞行实验验证。最终实现无需切换结构、可工作于多种飞行状态的无人直升机鲁棒姿态控制和鲁棒航迹控制。相关成果将扩大无人直升机的应用领域,如实现对地面高速运动物体的跟踪、有强风扰动情况下的精确航迹平稳飞行、海上舰艇起降等。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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