题目：无人直升机自动起降控制方法研究

具备自动起降能力是无人直升机投入实际应用的前提，然而复杂的气动特性、各通道间的严重耦合，使得对直升机位置的控制往往不能满足自动起降的要求。同时，由于没有成熟的自动起降控制策略，无人直升机一直不具备自动起降的能力，从而限制了其在实际工程中的应用。针对上述问题，本文进行了无人直升机自动起降的动力学建模、基本控制律设计和自动起降控制策略选取等方面的研究，提出了一套完整的用于实现无人直升机自动起降过程的控制方法，消除了自动起降技术对无人直升机实际应用的限制。

本文通过建立直升机全量运动方程和旋翼气动模型，获得了直升机在垂直飞行状态下的动力学模型。同时建立了对无人直升机自动起降过程有重要影响的地面效应模型和阵风扰动模型，从而获得了基本控制律设计和自动起降控制策略设计的模型基础。

通过结合扩张状态观测器和反步控制法设计了一种全新的自抗扰反步控制法，该方法通过扩张状态观测器实现对来自建模误差和外界扰动的总的扰动力的实时估计，将获得的扰动估计值用于修正直升机动力学模型从而得到更加准确的力学模型。然后基于修正后的力学模型，利用反步控制法获得受控对象的控制输入量。扩张状态观测器和反步控制法的结合使用，既保证了控制系统的全局稳定性，又使其具备了抗扰动能力。

自动起降基本控制律的外环位置跟踪控制器采用自抗扰反步控制法设计，从而提高了基本控制律对直升机位置的控制效果。同时，为简化控制律结构，使其能够投入实际应用，内环姿态稳定控制器采用了经典的PID算法设计，从而在控制精度和算法复杂度之间取得了良好的平衡。

基于对自动起降过程执行阶段的划分，设计了详细的自动起降控制策略，在基本控制律调用层级与次序、高度控制通道反馈机制与期望值赋值、安全机制等方面设计了相应的方案，重点解决了自动起飞过程中的飞行状态配平、高度爬升速率，自动着陆过程中的地面效应、触地时运动状态变化、高度下降速率等问题。

最后利用数值仿真实验和实际飞行试验对基本控制律和自动起降控制策略进行了验证，并通过对比自抗扰控制律与非自抗扰控制律在有阵风扰动和无阵风扰动条件下的控制效果，证明了控制系统的抗扰动能力。