● 摘要
直升机动力学模型具有高阶次、强耦合、多旋翼自由度及缺少冗余操纵面等特点，在遭遇飞行故障的情况下，极易导致飞行失控。本文运用滑模变结构控制基本理论，提出一种直升机鲁棒飞行控制系统的频域设计方法,实现飞行故障下的直升机鲁棒控制。滑模变结构控制(SMC)是一种非线性控制策略，其最大的特点是对系统参数摄动及外来扰动的完全自适应性，这为直升机鲁棒飞行控制的设计指明了方向。在实际应用中发现，滑模控制也存在不足之处，即对系统阶次的变化十分敏感。为解决这一不足，引入渐近状态观测器，提出基于渐近观测器的滑模控制，并对观测器极点的选择方法进了研究。总结了构建滑模控制的一般步骤方法，对悬停状态下的样例直升机模型进行了控制系统设计，验证了该系统在飞行故障下的鲁棒性。在此基础上，将基于渐近观测器的滑模变结构控制应用到直升机高阶模型中，将旋翼动态、作动器模型、轴间耦合均视作未建模衍生动态处理。设计基于直升机降阶模型的控制系统，将设计好的系统应用到原高阶系统中进行验证，并对该控制系统进行了操纵品质评估。最后，引入飞行故障，模拟系统损伤和操纵面效能下降，进行鲁棒性验证。结果表明，直升机可以保持良好的姿态跟踪性能，证实了设计的有效性。