● 摘要
无人机可以在“枯燥任务领域、恶劣环境任务领域和危险任务领域”三个特定的环境领域发挥出重要作用。微型无人直升机具有体积小、成本低、可垂直起降和定点悬停、机动灵活、隐蔽性好、无人员伤亡、战场生存能力强等优点，所以它在军事和民用领域都具有广泛的应用前景。然而微型无人直升机本身是一个典型的欠驱动、强耦合、不稳定、时变的非线性系统，近年来微型无人直升机飞行控制己经成为国内外研究热点。同时，开发微型无人直升机自主飞行试验系统具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以模型直升机为平台，设计了一种带余度的微型无人直升机飞行试验系统，并进行了数学建模与模型简化工作；结合飞控系统的设计与验证工作，研究了微型无人直升机的路径跟踪方法，先后设计了易于工程实现的基于侧偏距的PID控制方法和对未知参数进行在线估计的自适应控制方法。研究的主要内容包括以下几个方面：微型无人直升机试验系统设计与集成。在基本的飞控系统构架基础上，从系统安全性要求出发，完整详细的给出了一种双余度飞行试验系统的原理设计以及工程实现，包括硬件设计、选型和集成，软件设计、代码实现以及飞行调试。飞行试验系统的研制，为无人直升机的自主飞行控制提供了有力保障。微型无人直升机路径跟踪控制器设计。结合飞行试验系统的双余度设计，分别为主飞控计算机以及备飞控计算机设计了两种微型无人直升机的路径跟踪控制方法：一种是基于侧偏距的PID路径跟踪控制方法；一种是基于制导律的 自适应路径跟踪控制方法。两种方法均采用了双回路的控制结构，内回路进行姿态跟踪控制，外回路进行位置跟踪控制，使内外回路控制器的状态量与控制量的个数相同，并根据时标分离原理进行了稳定性证明，最后进行了数值仿真试验。微型无人直升机飞行试验验证。利用自行研制的飞行试验系统，对各阶段的研究成果进行了飞行试验，包括系统性能测试和路径跟踪控制算法的飞行试验。其中，侧偏距路径跟踪试验还在某小型无人直升机上进行了飞行试验验证。