● 摘要
无人直升机模型辨识的难点是多变量强耦合，且其重要参数—挥舞角不可测量。首先讨论了常用简化模型的局限性，说明了采用含延迟模型在高频信号下的意义。然后针对无人直升机独有的特点采用了一系列辨识方法。用纵向输入到纵向角速度的单通道模型证明了群延迟模型的有效性，说明此方法可用于简化频域传递函数。使用此方法避开挥舞角，简化了模型结构。求解群延迟要首先得到系统的相频响应曲线。采用条件谱分析方法辨识多输入系统的频域特征。模型的比例系数采用最简单的最小二乘法计算。针对强耦合，采用主通道与次要通道分步辨识的方法，首先辨识主通道模型，然后利用这个模型在次要通道激励数据中去掉主通道影响，用差值得到的数据辨识次要通道模型。对横纵向耦合角运动模型采用交叉迭代法进行预测验证，验证结果证明所得模型有较好的准确度。针对垂向通道（油门—拉力）这一单入单出通道，采用相关系数法计算延迟，然后利用最小二乘法计算比例系数，将垂向通道模型简化为含延迟的比例环节，避开了不可测量的垂向速度。分析了垂向与航向间的耦合，辨识模型及仿真结果表明油门对航向有很大影响。基于前述所得模型，采用显式模型预测控制（EMPC）设计姿态控制器。针对群延迟模型的特点，介绍了状态扩展方法使得模型结构适用于显式模型预测控制。仿真结果证明这种方法能较好解决调节时间与超调的矛盾，且有很强的抗模型误差能力。