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纵列式直升机是一种全天候运输直升机,它能够运送士兵、大型武器装备、车辆和作战物质、机降士兵等。机体下方还可以外挂吊运坦克、火炮和大型装备。直升机一般是静不稳定的,纵列式直升机飞行控制系统是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统,再加上直升机旋翼本身的气动特性十分复杂,纵列式直升机在实际的机动飞行中也存在着诸多不确定因素,因此,设计一个性能稳定、精度高和操控性好的纵列式直升机飞行控制系统是直升机研究的一个主要任务。本文针对纵列式直升机CH-47的模型特点,重点研究了基于二次型的最优协调控制方法和仿真软件的设计。主要研究内容和成果包括:
(1)概述并分析了直升机飞行控制系统的研究现状。
(2)详细分析了纵列式直升机CH-47的线性模型特点。包括极点分析、能控性分析、时间响应分析。
(3)本文针对纵列式直升机,将直升机本身模型与最优飞行员模型相结合,采用二次型最优协调控制方法(QOCCS),进行纵列式直升机飞行控制器设计。设计中由于该方法涉及参数较多,直接设计较为困难,首先对参数进行合并和简化进行简化设计(QOCCS1);针对该方法存在的耦合问题,进而对上述方法进行修订,采用伪逆解耦方法进行控制器设计(QOCCS2)。最后将QOCCS1和QOCCS2该两种QOCCS设计方法与LQR方法进行比较,结果表明,QOCCS方法比基本LQR方法具有更好的控制效果。
(4)本文采用了以Matlab为计算内核,Visual Basic做操作界面的方法,很好的实现了该两种编译软件的结合,达到了界面良好、科学计算功能强大、便于操作的设计效果,该软件具有对象模型分析(极点分析、可控性分析、时间响应分析)和控制器设计功能(控制方法选择、仿真曲线等),并且可以扩展,较好的完成了直升机飞行控制系统仿真软件的设计。