小微型Bell-Hiller機(jī)構(gòu)的無(wú)人直升機(jī)操縱響應(yīng)的參數(shù)辨識(shí)

周斌,蔣慶斌,鄧寅喆,田瑞濤

?

小微型Bell-Hiller機(jī)構(gòu)的無(wú)人直升機(jī)操縱響應(yīng)的參數(shù)辨識(shí)

周斌1,蔣慶斌1,鄧寅喆2,田瑞濤3

1. 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 常州 213164 2. 上海覽山電子科技有限公司, 上海 200000 3. 上海代仁智能科技有限公司, 上海 200000

模型研究無(wú)人直升機(jī)傳遞函數(shù)參數(shù)的辨識(shí)方法，是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證飛行控制系統(tǒng)算法、仿真和性能估計(jì)的基石。本文通過(guò)歸一法，將傳遞函數(shù)歸納為ARX模型。對(duì)采集到的無(wú)人直升機(jī)同步數(shù)據(jù)，采用基于ARX模型的遞推最小二乘法進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，演算出縱向、橫向、航向操縱響應(yīng)的完整參數(shù)。

無(wú)人機(jī); ARX模型; 傳遞函數(shù); 參數(shù)辨識(shí)

小微型無(wú)人直升機(jī)具有尺寸小，可懸停，靈活度高，成本低等特點(diǎn)，因此在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而大多數(shù)小微型直升機(jī)采用Bell-Hiller（貝爾-希勒）機(jī)構(gòu)，直升機(jī)橫向或縱向的操縱除了引起相應(yīng)通道的運(yùn)動(dòng)外，對(duì)其余運(yùn)動(dòng)的影響很小，因此，可以忽略耦合影響單獨(dú)操控[1]。小微型無(wú)人直升機(jī)操控的關(guān)鍵動(dòng)作是俯仰橫滾和轉(zhuǎn)向動(dòng)作。獲得直升機(jī)操縱響應(yīng)傳遞函數(shù)模型，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)控制算法是設(shè)計(jì)飛行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作[2]。

1 小微型無(wú)人機(jī)響應(yīng)的ARX參數(shù)模型

1.1 小微型無(wú)人機(jī)對(duì)縱向俯仰操縱的響應(yīng)模型

1.2 小微型無(wú)人機(jī)對(duì)橫向橫滾操縱的響應(yīng)模型

1.3 無(wú)人機(jī)對(duì)航向操縱的響應(yīng)模型

與縱向操控和橫向操控響應(yīng)的推導(dǎo)方式相同，航向控制信號(hào)到航向角之間的傳遞函數(shù)為：

1.4 無(wú)人機(jī)操控響應(yīng)傳遞函數(shù)與ARX模型之間的轉(zhuǎn)換

無(wú)人機(jī)操控響應(yīng)的傳遞函數(shù)可以很方便地轉(zhuǎn)化為ARX模型：

在低空低速情況下，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證無(wú)人機(jī)控制信號(hào)到橫滾輸出舵機(jī)的操控機(jī)構(gòu)為一階慣性環(huán)節(jié)[3]。因此，控制信號(hào)到無(wú)人機(jī)橫滾輸出舵機(jī)操控機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)式(2)可以簡(jiǎn)化為：

2 無(wú)人機(jī)橫滾通道輸入和響應(yīng)及參數(shù)辨識(shí)結(jié)果

機(jī)載傳感器采集、、711等數(shù)據(jù)，處理并且記錄，該系統(tǒng)包括機(jī)載處理器、傳感器、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、地面處理計(jì)算機(jī)等，對(duì)懸停和勻速前飛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采樣。

通過(guò)MATLAB系統(tǒng)辨識(shí)工具箱的參數(shù)辨識(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)辨識(shí)計(jì)算，由基于LS辨識(shí)的ARX函數(shù)實(shí)現(xiàn)，辨識(shí)結(jié)果如下：

其輸出曲線(xiàn)和辨識(shí)結(jié)果如圖1所示。

圖1 輸出曲線(xiàn)和辨識(shí)結(jié)果比較

3 結(jié)論

本論文提出的辨識(shí)方法是通過(guò)推導(dǎo)無(wú)人直升機(jī)操縱響應(yīng)的傳遞函數(shù)，并根據(jù)直升機(jī)本體的傳感器操縱和響應(yīng)的采集數(shù)據(jù)，采用基于ARX模型的廣義最小二乘法獲得具有一定精度辨識(shí)結(jié)果。后期的研究證明，通過(guò)本論文的方法獲得的控制模型，為下階段飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。

[1] 鄧寅喆.超小型無(wú)人旋翼機(jī)XZ03飛控系統(tǒng)的機(jī)械電子學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].上海:上海大學(xué),2008:2-3

[2] 蔡艷利.基于滾動(dòng)時(shí)域控制的無(wú)人直升機(jī)飛行控制研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2009:3-4

[3] 繆麗娟.小型無(wú)人直升機(jī)懸停與低速段飛行控制律研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2014:6-7

Identification of Maneuvering Response Parameter of Unmanned Helicopter with Small Bell-Hiller Mechanism

ZHOU Bin1, JIANG Qing-bin1, DENG Yin-zhe2, TIAN Rui-tao3

1.213164,2.200000,3.200000,

The identification method of transfer function parameters of unmanned helicopter is the cornerstone of designing and verifying flight control system algorithm, simulation and performance estimation.For the acquired unmanned helicopter synchronization data, the complete parameters of longitudinal control response, lateral control response and course control response were calculated out by the system identification of the recursive least square method based on ARX model in this paper.

Unmanned helicopter; ARX Model; transfer function; parameter identification

V279+.2

A

1000-2324(2019)03-0453-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.03.021

2018-05-06

2018-07-02

江蘇高校‘青藍(lán)工程’資助項(xiàng)目(蘇教師[2019]3號(hào))

周斌(1983-),男,本科,講師,主要從事工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)研究. E-mail:672893358@qq.com