·1748 工程科学学报，第39卷，第11期 表2参考模型关键参数 3XV2无人直升机简介 Table 2 Key parameters of the reference model 通过使用自主研发的200kg级油动专业植保无人 参考模型参数 参数值 直升机XV2(图5)对所提出的轨迹跟踪混合控制的 旋翼桨叶挥舞运动时间常数/： 0.35 控制效果进行验证 旋翼桨叶横纵向耦合系数绝对值/⅓1 6.63 ADRC速度控制部分的控制参数见表3. 表3非线性组合控制参数 Table 3 Nonlinear combination parameters 参数类别1bo1B1 23 前向速度1130.210.080.030.81.11.5 侧向速度 1580.200.080.020.81.11.5 图5XV2专业植保无人直升机 Fig.5 XV2 aerial-spraying unmanned helicopter ADRC的扩张状态观测器和过渡过程部分对应的 XV2采用主桨带尾桨的常规布局，尾桨使用外转 参数取值见表4. 子电机直驱.XV2最大可携带70L药液和10L燃油， 表4扩张状态观测器与过渡过程参数 滞空时间为1h.XV2的关键动力学参数如表1所示， Table 4 ESO and TD parameters 机体关键尺寸如图6所示. 参数类别 r Bo Bo2 Bo3 Bos u/ho 表1XV2参数 前向速度 200100300100018006 Table 1 Key specifications of the XV2 侧向速度 200 100300 100018006 关键参数 数值 前向目标速度 1 旋翼转速/(rad·s1) 89.5 侧向目标速度 尾桨转速/八rads) 496 0.7 4.1内环模型跟随控制器仿真 旋翼平面相对重心的高度/m 机体滚转惯量/(kgm2) 34.83 通过对内环输入横向和纵向进行双峰激励，对参 考模型的响应和使用模型跟随内环控制器的被控直升 机体俯仰惯量/(kg·m2) 81.35 机响应进行对比，图7和图8给出了内环模型跟随的 机体偏航惯量/(kg'm) 58.1 控制结果 旋翼桨叶挥舞运动时间常数/s 0.042 结果显示，纵向通道双峰激仿真的角速率响应和 操纵到旋翼桨叶周期变距比例系数/() 8 仿真结果的相关系数超过0.932：横向通道双峰激励 的相关系数为0.953.仿真结果表明被控直升机和参 2200mm 考模型的角速率响应非常接近. 382mm 100 操纵响应 参考响应 50 4081mm 5147mm 图6XV2机体尺寸 -50 Fig.6 Dimensions of the XV2 0 4 仿真时间/s 4ADRC自适应混合控制器控制效果仿真 操纵响应一一一一参考响应 20 根据文献20]的小型无人直升机建模方法建立 XV2无人直升机的动力学模型.使用XV2非线性动 力学模型作为数字仿真的被控对象模型.通过数字仿 4 真对所提出的自适应控制器的控制效果进行评估. 仿真时间/s 混合控制器的内环控制部分的参考模型在XV2 图7纵向双峰激励下的角速率响应仿真 的动力学模型的基础上进行修改（表2所示）. Fig.7 Longitudinal doublet response of angular rate工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 3 XV-2 无人直升机简介 通过使用自主研发的 200 kg 级油动专业植保无人 直升机 XV-2( 图 5) 对所提出的轨迹跟踪混合控制的 控制效果进行验证． 图 5 XV-2 专业植保无人直升机 Fig． 5 XV-2 aerial-spraying unmanned helicopter XV-2 采用主桨带尾桨的常规布局，尾桨使用外转 子电机直驱． XV-2 最大可携带 70 L 药液和 10 L 燃油， 滞空时间为 1 h． XV-2 的关键动力学参数如表 1 所示， 机体关键尺寸如图 6 所示． 表 1 XV-2 参数 Table 1 Key specifications of the XV-2 关键参数 数值 旋翼转速/( rad·s － 1 ) 89. 5 尾桨转速/( rad·s － 1 ) 496 旋翼平面相对重心的高度/m 0. 7 机体滚转惯量/( kg·m2 ) 34. 83 机体俯仰惯量/( kg·m2 ) 81. 35 机体偏航惯量/( kg·m2 ) 58. 1 旋翼桨叶挥舞运动时间常数/s 0. 042 操纵到旋翼桨叶周期变距比例系数/( °) 8 图 6 XV-2 机体尺寸 Fig． 6 Dimensions of the XV-2 4 ADＲC 自适应混合控制器控制效果仿真 根据文献［20］的小型无人直升机建模方法建立 XV-2 无人直升机的动力学模型． 使用 XV-2 非线性动 力学模型作为数字仿真的被控对象模型． 通过数字仿 真对所提出的自适应控制器的控制效果进行评估． 混合控制器的内环控制部分的参考模型在 XV-2 的动力学模型的基础上进行修改( 表 2 所示) ． 表 2 参考模型关键参数 Table 2 Key parameters of the reference model 参考模型参数 参数值 旋翼桨叶挥舞运动时间常数/s 0. 35 旋翼桨叶横纵向耦合系数绝对值/s － 1 6. 63 ADＲC 速度控制部分的控制参数见表 3． 表 3 非线性组合控制参数 Table 3 Nonlinear combination parameters 参数类别 | b0 | β1 β2 β3 α1 α2 α3 前向速度 113 0. 21 0. 08 0. 03 0. 8 1. 1 1. 5 侧向速度 158 0. 20 0. 08 0. 02 0. 8 1. 1 1. 5 ADＲC 的扩张状态观测器和过渡过程部分对应的 参数取值见表 4． 表 4 扩张状态观测器与过渡过程参数 Table 4 ESO and TD parameters 参数类别 r β01 β02 β03 β04 μ / h0 前向速度 200 100 300 1000 1800 6 侧向速度 200 100 300 1000 1800 6 前向目标速度 1 侧向目标速度 1 4. 1 内环模型跟随控制器仿真 通过对内环输入横向和纵向进行双峰激励，对参 考模型的响应和使用模型跟随内环控制器的被控直升 机响应进行对比，图 7 和图 8 给出了内环模型跟随的 控制结果． 结果显示，纵向通道双峰激仿真的角速率响应和 仿真结果的相关系数超过 0. 932; 横向通道双峰激励 的相关系数为 0. 953． 仿真结果表明被控直升机和参 考模型的角速率响应非常接近． 图 7 纵向双峰激励下的角速率响应仿真 Fig． 7 Longitudinal doublet response of angular rate · 8471 ·