《小型无人直升机自主起降控制策略研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型无人直升机自主起降控制策略研究.pdf（100页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、摘要 小型无人直升机在军事领域和民用领域都具有广泛地应用前景，引起了世界各国学者 的关注和研究，自主起降是其自主飞行控制中重要的一部分，其起降过程短，控制要求高。 人工参与要求操作者有丰富的经验，但安全性仍得不到保障。因此，实现自主起降意义重 大，是决定小型无人直升机自主飞行能力的重要因素之一。 本文以某小型无人直升机作为飞行平台，采用半实物仿真和试飞实验相结合的方法对 自主起降控制策略进行一系列探讨与研究，论文的主要工作为： ( 1 ) 综述了小型无人直升机的国内外研究现状，重点对自主起降控制技术的研究现 状和进展做了分析，并探讨了自主起降过程中的关键技术和难点。接着介绍了本飞行平台 的飞控
2、系统架构，解决了地面控制站软件开发过程中的一些关键技术。然后结合第一性原 理和系统辨识的方法，建立了小型无人直升机起降过程中的全状态非线性模型，并利用“小 扰动”法将其线性化。 ( 2 ) 分析了地面效应对自主起降的影响，提出了相应的解决方案，并通过飞行实验 验证了该方案的有效性。针对自主起降过程中对离地高度测量的要求，采用去野值滤波和 重调法相结合的方法对垂向速度和声纳高度计信息进行融合，保证了高度测量的准确性和 实时性 ( 3 ) 针对起飞离陆前的力矩不平衡问题，采用在起落架底端安装压力传感器的方法， 测量地面支撑力并引入反馈控制中，实现起飞前的力和力矩自动配平，使小型无人直升机 失去地面
3、约束后能够垂直起飞 ( 4 ) 针对小型无人直升机对自主起降的控制要求，设计了相应的控制策略，并通过 半实物仿真实验验证了该策略的合理性和有效性。最后，完成了自主降落飞行实验，多次 降落实验结果都表明，本文所设计的自主降落控制策略能够成功地完成自主降落任务，并 保证着陆时的精度在1 米左右此外，采用基于有限状态机的模态调度策略能够有效地完 成自主降落过程中的模态调度，保障了降落过程中的安全性，提高了小型无人直升机的自 主飞行能力 关键词：小型无人直升机；自主起降；非线性建模；飞行控制；地面控制站 Ab s t r a c t S m a l l - s c a l eu n m a n n e
4、 dh e l i c o p t e r ( S U H ) h a sr e c e i v e de x t e n s i v ea t t e n t i o nf r o mt h e r e s e a r c h e r sa l lo v e rt h ew o r l d ，a sar e s u l to fi t sw i d e l ya p p l i c a t i o np r o s p e c ti nb o t hi nm i l i t a r y a n dc i v i l i a nd o m a i n A u t o n o m o u st
5、a k e o f fa n dl a n d i n gi sa ni m p o r t a n tp r o c e s so fa u t o n o m o u s f l i g h tc o n t r o l ，w h i c hl a s t ss h o r t l ya n dd e m a n d sf o rp r e c i s e l yc o n t r 0 1 A b u n d a n te x p e r i e n c ei s r e q u i r e di nm a n u a lf l i g h tc o n t r o l ，y e ts a
6、 f e t yi sn o te n s u r e d T h e r e f o r e ，t oe n h a n c ef l i g h ta b i l i t y o fS U H ， i ti sq u i t ei m p o r t a n tt or e a l i z es a f ea u t o n o m o u st a k eo f fa n dl a n d i n g T h i sd i s s e r t a t i o nt a k e sac e r t a i nt y p eo fS U Ha sf l i g h tp l a t f o
7、r m T h eh a r d w a r e - i n - l o o p s i m u l a t i o ne x p e r i m e n ta n df l i g h te x p e r i m e n th a v eb e e nc o m b i n e dt od i s c u s sa n dr e s e a r c ht h e c o n t r o ls t r a t e g yo fa u t o n o m o u st a k e o f fa n dl a n d i n ga sw e l l T h em a i nw o r ko ft
8、 h i sd i s s e r t a t i o ni s ： ( 1 ) A tf i r s t ，t h ec u r r e n tp r o g r e s so fS U H ，a sw e l la st h er e s e a r c ho fa u t o n o m o u st a k e o f fa n d l a n d i n g ，k e yt e c h n o l o g ya n dd i f f i c u l t yi sp r e s e n t e d T h e nt h ea r c h i t e c t u r eo ff l i
9、g h tc o n t r o ls y s t e m f o rt h i sp l a t f o r mi si n t r o d u c e d ，a n dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fg r o u n dc o n t r o ls t a t i o na r es o l v e d A t l a s taf u l ls t a t en o n l i n e a rm o d e lo fS U Hf o rt a k e o f fa n dl a n d i n gi se s t a b l i s h e db
10、yc o m b i n i n g f i r s t p r i n c i p l e s a n ds y s t e mi d e n t i f i c a t i o nm e t h o d s ，w h i c hi sl i n e a r i z e db ym i c r o v a r i a t i o n s m e t h o d ( 2 ) T h ei n f l u e n c eo fg r o u n de f f e c to nt a k e o f fa n dl a n d i n gi sa n a l y s e d ，t h e nt h
11、 es o l u t i o ni s p r e s e n t e da n dv e r i f i e dt h ev a l i d i t yb ye x p e r i m e n t a lr e s u l t s A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to f a l t i t u d em e a s u r e m e n tf o rt a k e o f fa n dl a n d i n g ，t h eo u t l i e r sf i l t e ra n dr e - a d j u s t e dm
12、 e t h o d sa r e a d o p t e dt of u s et h ev e r t i c a lv e l o c i t ya n ds o n a ra l t i m e t e rw h i c he n s u r et h ea c c u r a c ya n d i n s t a n t a n e i t yo f a l t i t u d em e a s u r e m e n t ( 3 ) B e c a u s eo ft h eu n b a l a n c e dm o m e n tb e f o r et a k e o f f
13、 , t h ep r e s s u r es e n s o rh a sb e e ni n s t a l l e d o nu n d e r c a r r i a g et om e a s u et h ef o r c ea st h ef e e d b a c kt or e a l i z et h ea u t o m a t i cb a l a n c i n go ff o r c e a n dm o m e n tb e f o r et a k e o f f , w h i c hC a nm a k eS U Hv e r t i c a lt a k
14、 e o f fw i t h o u tg r o u n dc o n s t r a i n t s ( 4 ) A c c o r d i n gt ot h ec o n t r o lr e q u i r e m e n t so fa u t o n o m o u st a k e o f fa n dl a n d i n gf o rS U H ，t h e c o n t r o ls t r a t e g yh a sb e e np r o p o s e da n dv e r i f i e dr a t i o n a l i t ya n dv a l i
15、 d i t yb yh a r d w a r e - i n t h e l o o p s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t F i n a l l y ，a u t o n o u m o u sl a n d i n ge x p e r i m e n th a sb e e nf u l f i l l e d T h e e x p e r i m e n tr e s u l t sh a v es h o w nt h a tt h ec o n t r o ls t r a t e g yo fa u t o n o m o u s
16、l a n d i n gc a nr e a l i z et h e a u t o n o u m o u sl a n d i n gt a s ks u c c e s s f u l l ya n de n s u r et h ea c c u r a c yo ft h el a n d i n gi nt h er a n g eo fl m e t e r I na d d i t i o n ，t h es t r a t e g yb a s e do nt h ef i n i t es t a t em a c h i n em o d es c h e d u l
17、 i n gi se f f e c t i v et o f i n i s hl a n d i n gm o d es c h e d u l i n g ，a n dt h es a f e t yi nt h ep r o c e s so fl a n d i n gi se n s u r e d ，t h e r e f o r et h e a u t o n o m o u sf l i g h ta b i l i t yo fS U Hh a sb e e ni m p r o v e dg r e a t l y K e yW o r d s ：S m a l l -
18、 s c a l eu n m a n n e dh e l i c o p t e r ；A u t o n o m o u sT a k e o f fa n dL a n d i n g ； N o n l i n e a rM o d e l i n g ；F l i g h tC o n t r o l ；G r o u n dC o n t r o lS t a t i o n I 符号注释表 符号说明 十字盘的横向倾斜角 兰旋翼桨盘面积。二二：二：二：二：二二习 主旋翼纵向周期变距 豳。二一。“一“，“。十字盘的纵甸倾斜角缸锄蚴涵铂施磁翰。龇貔删翰，玉。i 么 C D主旋翼阻力系
19、数 汐一鬈蝴7 * 泐”铹矿矽。缈”鬻”7 “”。嬲彬嘞溯秽嬲嬲锄嬲孥嬲嬲獬嬲黝铹绷 缓岛蒯，玩。赫绺_ ，一二主旋翼反扭矩幂数。森僦糍躺敛锄础。搋滋蹴谢蹴凇。磁霾 G 主旋翼升力系数 嚣 ”。1M 憎7f 一：“呼r ? 。 一烨。9 警料卿彬伸馨4 。哮例符移翟饼硼鹈 玉鼻蔓。疋一础。删。一一S U H 气动合力在体轴系下，的戛企金垦黼；蝴。锄荔 厶主旋翼桨叶关于挥舞铰的惯性矩 凄纛篡：篡三薹篡夏三：器旋翼骜毂颦爱囊熟二三翟譬墓薹薹瑟：篡瑟羽 LS U H 体轴系下滚转合力矩 嚣种。蜊彩嘲辨秭滞搿辨舻妒“谚矽产 期钟哆职协 7 。 ，啪棼嬲黟嘿明嬲移哟嬲繁渺粥鳓鼯簪搿黪弼嘱 乏M 瀚硪。铋
20、。厶红。一。：一，一。u H ，俺抽蚕至仿照食边缝鲥船酝蝴施施勰黼篮 NS U H 体轴系下偏航力矩 彩孵帮戮孵溯缪叨臻嬲嬲獬叼叨确缨嗍弼缪努移霹绛o ： 、” ? 黟霈；： 獬、等彘嬲嘲移嬲嘲翱翱嗍嬲甓嘲嬲嗍黪缀嬲目g ! 自舅I 荔k 彬孙；锄。锄舶鼢坼如仍奶妻旋翼产生的滚转力矮砒渤蛾。蹴渤。，聃觞渤。，。壶黝加施荔 护尾旋翼产生的滚转力矩 勇髟铲带硼嬲镡弼张孵嬲矽嬲嬲嬲嘲翟擀蝴辑5 带黔一 4 + 晰、 州一 w 珏吮铑蹴幽拗蹴舰“蹴。锄一。础瓣垂尾产生的滚辕袭 M 。，主旋翼产生的俯仰力矩 劳黔o 。删嘲聊明聊嘲嬲孵咿朔孵贸嘲嘲獬孵嘲嘲鄹秽研节矽即。邵皑荆辨州懈醐粥嬲嘲嗍嘞啤移嘲啊喇嗍
21、鳓孵嘲嬲翰嘲舞 鏊觚。础蠢。藏囊。；执藏“。予尾产生的俯伸力强。疵；z 盛戳磁溅磁；滋施砝；醯戳荔 。主旋翼桨叶数 章“ ”州喇辫弹节喇胛| 用即嬲嘞嬲啊哗移砑妒彤删懈研粥弦7 叩缈卅御别唏嘞翱啊即碱霸静树叩嘲雾吸卿鳓嘲矽谚职黟辨镭曩 麓彬一融一。冶。，。二：主旋翼产生的偏航友辑i ；碰；姚。幽。插龇厶。一。嚣如茹 ，垂尾产生的偏航力矩 彰叫产钟P 梆”挣 “ 一洲啪聊搠州即”嗍即恻删絮嗍嗍槲甥 遮Q 脱；池。础池辅。妊蹴醯蚰。亲旅翼的屦扭缝。姚编豳；龇蚴鼢；绷轴。鼢。幽么砌龇；。叠 尺主旋翼桨叶半径 釜跋，跋，多蒯。；磁妇；觚。龇，。机身在体轴琴方向的有敦黝面穰。黝j 黼施罐溅。磁礁箱 S
22、。平尾面积 黟 们8 舛钟垆吁种嚼，鼍 淤舷妇一 乙 o 。尾面稷二= = = = = = 三 主旋翼的升力 V 唧 _ 如 一 铺 _ 葺矶 仰 麦 C ) 彳彳 B 乱艮B ，：瓦 ，一一j 蹴；。赢玑拣否考虑地面效应时主旋翼的建力一，施。菇囊。乒 疋考虑地面效应时主旋翼的升力 。6 。 ”f 蛾m j ”“、譬= V 1 ”j “俐嘲“w “ 啭碑翼霆 ，y 。 。，澎。砭矗S U H 的空速_ “一知一蛾“磊。疵成一。一瓤鲞 ， o ，v ：删* 掣4 L 一? ， “*，一oh 一啪懒m ；# 0 船r 嚣“* “砷日自憾 X ，】，ZS U H 各部分气动力的合力在体轴系下的三个分
23、量 | ，以，月Z ：1 雯薹三黧? 主旋翼弁力在体轴系卞的兰个分莺三：，纛盈 X M ，y 觚，z 船机身阻力在体轴系下的三个分量 錾；比，圪，乙一一一。j 瓤，。S U H 垂力套体咎零爹，睁戛全忿薰。刎翰缴；就孙锄。瘟茹 r ， 轳T 一 0 唾 Z h s 、味 口0 蠡、a L 叩 ，硝p 。，1 。- 黟一。孙饼慨 耀，端嘞：彬蜘彬巷 幽“。| ? ”o 。z 。谴g 船毒。赫j 舡辑自蠢诒。h 尾旋翼拉力在体轴系下Y 方向的分量 量尾、阻力在体抽歪。歪墨虚囊。熊金量施玉。如= k 施施盆；耋 ? ”二”。一 。 “妒j 秒嗍翟搿印缈嗍嬲5 甥翳 平尾阻力在体轴系下z 方向的分量
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25、溅幽础妇船龇。渤黼黼龇编缓黝鼢菇黝警 h S U H 重心距离地面的飞行高度 黔“P 嘞锋秽7 ”懈”裙嬲黟秽嘲砑”“一 一 k ，础一。鼢；溯蹴龇域燃毫墓麟懿到 囊，尾桨桨毂到重心的垂向距离 魏k 。矗，瓣茹乱趣，。j 。勰鼢施象砒墨属到垂，p 的季直距毒- 磁龇j 滋馘。渤黝一 所S U H 的质量 黪蛳。鬻戳附+ 鳓戳黔妒秣埘秣嘲嘞嘞嬲嗍麟甏；一? ，r 嘲黝卿磁剜嬲匍嘲孵和嬲鞠嬲嘲黝黝簿獭辫鳓嘲叨肇曩 菇易g ，r 拣一溶溢。，一。础，抛泓：曼骤叠奎抽系醛蹩k 照健施燃嶷囊毫幽幽鬣 材，v ，wS U H 体轴系下的纵向、横向、垂向速度 蠢材舯，嚣。一k 二一办S U H 轴毂系下相对
26、空气的纵向、。，横晦7 垂向逮豳 ”觚，V 胁，W h y sS U H 机身相对空气的速度在体轴系下的三分量 驴 堪” v ? 。”渺”斯礴唧”嘲”矿。、 r 。，? 二鼍? 一，7 9 ”1 絮譬，Y 。晖。8 “謦雩镶 、一一一一。一，圭藏翼诱导速度一妇。如。知山。泌越。黼翻 尾旋翼诱导速度 努嘴岬。、7 怫 ：? 7 咿翟卵黟”p 攥鼍即嚣咿絮萼4 咖鼍甓释渺嚏即嗽黝曳p 4 邓贯铲p 滞印昭嘲霸囊 厶融。，一，。一一。，一毒旅翼将盘面离地商摩。幽妇。潍一拢赫。缄。汹叠 六鼠缈S U H 的横滚角、俯仰角、航向角 一”粤妒? 9 唰节带掣啊一鼍? ? 。卿州啊嗍啊囊 ：。二。一：。鼢。
27、；豁轴漱。酶j 。圭藏翼总距角。瓣缸；豳；商蚴。；蛐。汹i ；I 蝴。i 吼，尾旋翼总距角 V l 空气密度 。7 “夸w 缈z _ ” ：。j ? ：- 。缈：”w 掣。馏9 9 ”5 ! i 一”搿”嬲鄹秽9 鲐辫溺 ，。主旋鼽龇一。面_ 赢；菇。：l “一 主旋翼垂向速度比 r 。，、 v ，t 争t ，辫够吩搿毪m 。、? ，。”节q ? 謦哆掣饕缈嘲种? 硝”妒搿铹矽嬲铹帮鬻8 锡荔 ：仃 。一旋翼实度! 磐寸面积桨盘面魏一一。叠龇。一 1 _ ，k d ， 、k 舶一m k “胁p 瓣“ 一 一”一一 主旋翼挥舞角 黔；? i， “” 栅鬈胗警彬矿唆 ，1 膨# 甲懒4 钟样嘲嬲咿
28、锄嬲嬲嗍钟：俐锄彬嬲黟毋缪豹 己7 鸽砘脂。瓤。，。黝眈。黝麓嬲谚募叶黻系数，L o c K N u m b 嘲艘g 砹厶酝刎- 5 锑 镕尹74 7 。谨嗲j 4 “粥9 毫j ， 6 。I 主旋翼横向周期变距控制输入 秽聱霄蟹铲絮秽锄蟛嗍嬲鳓罐弼州 ，“ 。 缉并叨缪钫臻獬嬲势弼纺纺獬嬲嬲野移甥鬻防嬲 如。，主旋纵向周期变距捧制输瞧。龇。么戤泓如磁。黝。二蹴；缓 主旋翼总距控制输入 甏织 哼。附：7 0 ”。1 p t 气甲一唧咒娜獭孵| j 节一 露蝴。靠。施锄。绷锄渊；纰蹴泓纭；屡恭髓枣璇4 配”、”。 渔獬一。 主旋翼桨叶方位角 纛旋翼蕤建翁速囊二= = = = 3 Q ，尾旋翼旋转
29、角速率 釜委持枣基。翻锱强躲燃凌妊确蚴籀磁自搋：翰翰箍琵躲女幽瞄瞄蹴蚴滋泓磁驰黝魄纽幽绐醯溺龇磁泷物幽渤毖渤施自箱盈 所，主旋翼 酵t ， 聊彬鬻妒嘶搦嬲嬲穆辨嗍撑黝嬲缈鼢- r4 ，嬲缈嗍秽嬲嬲嬲缈嬲膨嬲嬲蹶嬲豹嬲秽猁黔嗍叨嬲矽嬲霸 远，；纽凇缸施蝴漱幽幽出妊；磁l 锄豳如t 如屡露翼旌磁磁渤黼施锄妇施龇磁睁掣磁溯绷锄磁叛磁嵫酝澎滋盆 垂尾 V 目录 j 目C谢I 摘j l j ! j I A b s t r a c t 1 I I 符号注释表。V 目 录I X 第l 章绪论l 1 1 研究背景和意义1 1 2S U H 的研究现状2 1 3S U H 自主起降的技术分析5 1 3 1S U
30、 H 自主起降的研究现状5 1 3 2S U H 起飞过程分析6 1 3 3S U H 降落过程分析。7 1 3 4S U H 自主起降的关键技术和难点8 1 4 论文主要内容和章节安排9 第2 章S U H 飞控系统设计1l 2 1 飞控系统介绍1 1 2 2 飞控系统硬件平台。1 1 2 2 1 电源管理子系统1 1 2 2 2 主控计算机1 2 2 2 3 导航子系统1 2 2 2 4 执行器控制子系统。l4 2 2 5 地面监控部分。l5 2 3 飞控系统软件平台。1 6 2 4 地面控制站软件的实现l7 2 4 1G C S 软件的总体结构1 7 2 4 2 数据通信管理1 8 2
31、4 3 飞行状态监控。18 2 4 4 飞行任务控制1 9 2 4 5 飞行数据分析l9 I X 2 4 6G C S 软件的关键技术研究2 0 2 5 本章小结2 2 第3 章S U H 飞行动力学建模2 3 3 1S U H 的操纵系统和模型特性分析2 3 3 1 1 操纵方式和操纵机构2 3 3 1 2 模型特性分析2 4 3 2 相关坐标系的定义2 5 3 2 1 地面坐标系2 5 3 2 2 机体坐标系2 5 3 2 3 地面坐标系与机体坐标系之间的转换关系2 6 3 3S U H 主旋翼的动态特性2 8 3 3 1 主旋翼的挥舞运动2 8 3 3 2S U H 垂直飞行时的叶素理论
32、3 0 3 3 3 垂直飞行时主旋翼的升力计算3 2 3 4 作用在S U H 上的力与力矩计算3 4 3 4 1 主旋翼气动力和力矩3 4 3 4 2 尾桨气动力和力矩3 5 3 4 3 机身气动力和力矩3 6 3 4 4 平尾气动力和力矩3 7 3 4 5 垂尾气动力和力矩3 8 3 4 6S U H 力与力矩合成3 9 3 5S U H 的非线性飞行动力学方程4 0 3 6 基于S i m u l i n k 的S U H 非线性动力学模型4 l 3 6 1S U H 非线性动力学模型4l 3 6 2S U H 非线性动力学模型仿真求解过程4 2 3 7S U H 非线性模型线性化4 3
33、 3 8 本章小结一4 4 第4 章S U H 自主起降控制策略设计4 5 4 1 地面效应对自主起降的影响4 5 4 2 高度信息融合策略4 8 X 4 2 1 去野值滤波和重调法4 9 4 3 自主起飞控制策略5 1 4 3 1 自主起飞的控制要求51 4 3 2 自主起飞控制策略设计5 l 4 4 自主降落控制策略一5 7 4 4 1 自主降落的控制流程5 7 4 4 2 基于有限状态机的降落模态调度策略5 9 4 5 本章小结6 0 第5 章S U H 自主起降实验结果一6 l 5 1 半实物仿真平台搭建6 1 5 1 1 半实物仿真系统组成部分6 1 5 2 半实物仿真实验一6 2
34、5 2 1 自主起飞半实物仿真实验“ 5 2 2 自主降落半实物仿真实验6 7 5 3 自主降落飞行实验- 6 9 5 3 1 自主降落飞行实验中地面效应的解决策略6 9 5 3 2 地面控制站发送命令调度的自主降落实验7 0 5 3 3 飞行任务调度的自主降落实验7 3 5 4 本章小结7 8 第6 章总结与展望7 9 6 1 论文主要结论7 9 6 2 未来研究展望8 0 参考文献。8 l 作者攻读硕士期间完成的科研成果8 7 作者简介8 7 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 无人机是无人驾驶飞行器( U n m a n n e d A e r i a lV e h i
35、c l e ，U A V ) 的简称，在2 0 0 2 年1 月美 国联合出版社出版的( ( 国防部词典中，其定义如下：“无人机是指未搭载操作人员的一 种采用空气动力产生升力的空中飞行器，能够自主飞行或由远程操作引导；既能够一次使 用也能进行回收使用；能携带致命性或非致命性的有效载荷。弹道或半弹道飞行器、巡航 导弹和炮弹不能看作是无人空中飞行器。”与载人飞机相比，无人机具有体积小、成本低 廉、无人员伤亡风险、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力强、机动性好等有点， 是各种高新技术的集中载体，在民用领域以及国防建设中有着广泛的应用前景。 无人机按其结构又分为固定翼无人机和旋翼无人机( 无人直
36、升机) 两大类【2 1 ，如图1 1 和图1 2 所示。旋翼类无人机由于具有空中悬停、垂直起降，低空飞行、低速飞行、机动 性灵活等特点，它无需起降跑道，可长时间悬停在空中进行监测侦查或者作为通信中继平 台，因此是一种具有巨大应用前景的无人机而小型无人直升机( S m a l l s c a l eU n m a n n e d H e l i c o p t e r ，简称S U H ，下文中都以S U H 代替小型无人直升机) 更因其成本低、体积小、 重量轻、机动性高、场地因素限制小等优点，成为当前无人直升机发展的一个重要方向和 研究热点。 图1 1 固定翼无人机( 全球鹰)图1 2 旋翼无
37、人机( 火力侦察兵) 目前S U H 的研究仍属于国际前沿技术，只有美国、以色列、日本、英国、瑞典、德 国等少数国家掌握由于S U H 在军事上具有重要的用途，发达国家在技术上对我国是严 格保密和封锁的，而我国对S U H 研究方面起步较晚，目前仅有极少量作靶机使用，更多 的还是处于研发阶段，与国际水平相差很大因此，这迫切需要我们要立足自主创新，研 制具有自主知识产权的S U H 及性能稳定的飞行控制系统，打破发达国家的技术封锁，具 有重大的现实意义 浙江大学硕士学位论文：小型无人直升机自主起降控制策略研究 自主起降是S U H 自主飞行控制中重要的一部分，其起飞过程短，控制要求高，人工 参与
38、要求操作者有丰富的经验，但安全性仍然得不到保障，所以实现S U H 的自主起降意 义重大： ( 1 ) 提高S U H 起降时的安全性，减少由于人为失误而造成的事故； ( 2 ) 为基于视觉的自主起降做好底层控制工作，提高S U H 自主飞行能力； ( 3 ) ) 4 2 舰载无人直升机自主起降提供理论指导和数据支持。 1 2S U H 的研究现状 无人直升机在2 0 世纪5 0 年代由美国开始研制，自从美国海军成功研制出世界上首架 无人直升机Q H 5 0 以来，无人直升机的发展先后经历了无人靶机、预编程序控制无人侦察 机、指令遥控无人侦察机、复合控制和智能化控制的多用途无人直升机的历程1
39、3 1 。S U H 是 一个非常复杂的控制对象，由于其具有高度非线性、多变量、时变、开环不稳定、强耦合 等特性，导致其控制系统的设计难度很大此外，其自主飞行控制技术更是融合了先进控 制技术、人工智能、信息融合技术、传感器技术、图像处理技术、无线传输技术、先进制 造技术等各种学科的尖端技术。所以，S U H 是一个非常有挑战的科研平台，其自主飞行控 制至今为止在国际上仍属于前沿的尖端技术 4 1 由于S U H 的巨大应用前景和战争中的突出表现，自2 0 世纪9 0 年代以来，随着先进 制造技术、计算机技术、微机械传感器技术以及通信技术的快速发展，许多国家的科研机 构和高校开始对S U H 系
40、统展开了深入的研究，最先进的研究成果都集中在美国。最有名 的是美国军火商诺斯罗普格- 鲁门公司研制的R Q 8 B “火力侦察兵”无人直升机，其不仅 能完成情报、侦察和监视等任务，还可利用机载武器对特定的目标进行攻击，最大战斗负 荷可达2 6 0 公斤，代表了目前无人直升机的最高水平【5 1 另一个应用比较成熟的是日本Y a m a h a 公司研制的R M A X 工业用途无人直升机，如图 1 3 所示R M A X 采用雅马哈姿态控制系统( Y A C S ) 和R T K D G P S ( 差分G P S ) 系统为控 制核心，可携带最大3 0 公斤任务载荷，可按照预先设定的程序自动飞行，进行很多手动 操作无法完成的任务和飞行动作，能准确地飞行到指定位置完成任务并自动返航，具有很 高的稳定性和安全性也可根据需要搭载不同的任务设备，如C C D 摄像机、红外摄像机 等，配合多种应用软件，能够顺利完成航空摄影、边境监视、海岸巡逻、农药喷洒、火灾 救援、火山口探测等任务1 6 1 国外很多高校都以