小微型Bell-Hiller機構的無人直升機操縱響應的參數辨識

周斌,蔣慶斌,鄧寅喆,田瑞濤

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小微型Bell-Hiller機構的無人直升機操縱響應的參數辨識

周斌1,蔣慶斌1,鄧寅喆2,田瑞濤3

1. 常州機電職業技術學院, 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

模型研究無人直升機傳遞函數參數的辨識方法，是設計和驗證飛行控制系統算法、仿真和性能估計的基石。本文通過歸一法，將傳遞函數歸納為ARX模型。對采集到的無人直升機同步數據，采用基于ARX模型的遞推最小二乘法進行系統辨識，演算出縱向、橫向、航向操縱響應的完整參數。

無人機; ARX模型; 傳遞函數; 參數辨識

小微型無人直升機具有尺寸小，可懸停，靈活度高，成本低等特點，因此在很多領域應用廣泛。而大多數小微型直升機采用Bell-Hiller（貝爾-希勒）機構，直升機橫向或縱向的操縱除了引起相應通道的運動外，對其余運動的影響很小，因此，可以忽略耦合影響單獨操控[1]。小微型無人直升機操控的關鍵動作是俯仰橫滾和轉向動作。獲得直升機操縱響應傳遞函數模型，并以此為基礎設計控制算法是設計飛行控制系統的基礎工作[2]。

1 小微型無人機響應的ARX參數模型

1.1 小微型無人機對縱向俯仰操縱的響應模型

1.2 小微型無人機對橫向橫滾操縱的響應模型

1.3 無人機對航向操縱的響應模型

與縱向操控和橫向操控響應的推導方式相同，航向控制信號到航向角之間的傳遞函數為：

1.4 無人機操控響應傳遞函數與ARX模型之間的轉換

無人機操控響應的傳遞函數可以很方便地轉化為ARX模型：

在低空低速情況下，經實驗驗證無人機控制信號到橫滾輸出舵機的操控機構為一階慣性環節[3]。因此，控制信號到無人機橫滾輸出舵機操控機構的傳遞函數式(2)可以簡化為：

2 無人機橫滾通道輸入和響應及參數辨識結果

機載傳感器采集、、711等數據，處理并且記錄，該系統包括機載處理器、傳感器、無線傳輸模塊、地面處理計算機等，對懸停和勻速前飛狀態數據分別采樣。

通過MATLAB系統辨識工具箱的參數辨識實現系統辨識計算，由基于LS辨識的ARX函數實現，辨識結果如下：

其輸出曲線和辨識結果如圖1所示。

圖1 輸出曲線和辨識結果比較

3 結論

本論文提出的辨識方法是通過推導無人直升機操縱響應的傳遞函數，并根據直升機本體的傳感器操縱和響應的采集數據，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結果。后期的研究證明，通過本論文的方法獲得的控制模型，為下階段飛行控制系統的設計提供了良好的基礎。

[1] 鄧寅喆.超小型無人旋翼機XZ03飛控系統的機械電子學設計研究[D].上海:上海大學,2008:2-3

[2] 蔡艷利.基于滾動時域控制的無人直升機飛行控制研究[D].南京:南京航空航天大學,2009:3-4

[3] 繆麗娟.小型無人直升機懸停與低速段飛行控制律研究[D].南京:南京航空航天大學,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‘青藍工程’資助項目(蘇教師[2019]3號)

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