题目：无人直升机飞行控制技术研究

无人机已成为一类越来越重要的飞行器，无人直升机由于其性能和使用的特殊性，在军用和民用领域均具有广泛的应用前景。无人直升机机动飞行控制技术是当前重要前沿研究方向。针对无人直升机机动飞行控制技术，本文对以下三个关键内容进行了研究：直升机建模、直升机控制律设计与直升机机动控制，主要研究工作如下：1. 依据直升机的机械结构、空气动力学与力学特性，建立了小型无人直升机的非线性数学模型。所建非线性模型经验证后，应用于控制律设计和机动控制研究。提出了使用基于遗传算法（GA）与时域飞行数据的辨识算法对模型的未知参数进行辨识，其中飞行数据是在实际飞行中采集的。辨识结果经过分析和校验，证明直升机非线性模型有更高的精度，其模型参数为真实物理量，可以更准确地体现飞机的特性。研究表明遗传算法适用于非线性系统辨识，辨识结果可以反映直升机大包线下的动态特性。并将该模型用在随后的控制律设计和机动控制研究。2. 提出一种基于随机鲁棒优化的非线性对象的控制律设计方法。该方法使用蒙特卡罗法对不确定域采样，用拉丁超立方抽样法对控制律参数进行优化，使控制精度与飞行品质在飞行包线和不确定域内满足设计指标。本文分别在无人直升机和小型固定翼飞机平台上验证了这一设计方法，测试结果证明，该方法对飞行器模型的结构和参数不敏感，对干扰有较好的抑制作用，同时控制律结构简单，易于工程实现。3. 提出一种基于能量曲面约束的非线性对象的控制律设计方法。该方法直接以直升机物理系统作为研究对象，通过分析系统的做功的特征，并根据期望的运动响应，通过数学推导得到满足该期望运动规律的广义控制力模型，从能量变化的角度实现对控制品质约束的目的。解决了现代控制理论与方法不能同时兼顾稳定性和控制品质的问题。得到的控制律设计结果对被控对象物理参数变化不敏感，并具有上升时间短，几乎没有超调的控制品质。4. 研究了在实际空战中，直升机的机动动作。通过对机动动作的分析，得出机动最优条件——在机动过程中使主旋翼升力最小，并依据该条件，使用拉格朗日乘数法，对机动动作寻优，得到满足机动过载的最优姿态和升力解。该方法可使直升机在机动飞行中尽可能保存发动机剩余马力，使飞机能更快或更有效地完成机动动作，在空战中取得领先优势。设计了直升机自动机动控制系统，该方案结合了能量曲面约束法和最优姿态控制，辅以敌机的位置信息，可解决一类直升机自动机动控制问题。