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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃峰松
研究生(外文):Fong-Song Huang
論文名稱:小型無人旋翼機之系統模型建立與參數鑑別
論文名稱(外文):System Model Build and Parameter Identification of Mini Helicopter
指導教授:吳昌暉吳昌暉引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:直昇機 參數鑑別 硬體迴路模擬系統 最佳化 縱 橫向 垂直升降 航向率
外文關鍵詞:Helicopter System Identification Hardware In The Loop Simulator Optimization Longitudinal Lateral Heave Yaw
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本論文的目的在於對直昇機各模型的探討之外,再來就是建立一套適用於直昇機航向率、垂直升降系統與縱、橫向系統的參數鑑別方法。本論文有別於國內的鑑別方法,所使用的並不是黑盒子(Black Box)或根據空氣動力學的方式鑑別參數,所使用的方法是根據所量測的飛行動態對其做時域的參數鑑別。
本研究運用飛行模擬器及飛控電腦建構之硬體迴路模擬系統(Hardware In the Loop Simulator, HIL),針對Robinson R22直昇機系統進行鑑別技術之研究,探討實驗信號的選擇與參數鑑別所使用的方法,以及時域數據進行系統參數鑑別的最佳化技術,以期在實際飛測之前建立系統參數鑑別技術的基礎。數值模擬的結果中,發現信號的選擇與所使用的方法不同會造成鑑別結果的差異。本文在最後將會比較所提出的鑑別方法造成的差異,並提出最適用於直昇機航向率、垂直升降系統與縱、橫向系統的參數鑑別方法。
The objective of this research is that the helicopter various models discussion beside, after that is to build a system identification method for the helicopter’s longitudinal/lateral/heave/yaw to be suitable. This paper is different with the domestic identification methods, the use is not the black box(Black Box) or base aerodynamic way to identify parameter, the use is base on flight data and to identify parameter for time domain.
This research is application flight simulator and flight computer to make hardware in the loop simulator, research on identification method for Robinson R22 helicopter system, discussion experiment signal’s choice and parameter identification to use method, and system parameter identification for the time domain data of optimization technology, wish to build a system parameter identification technology before helicopter flight in the sky. In numerical simulation result, discovered that the signal choice and to use different method will make identification result difference. The paper will compare identification method to make difference, and proposes suitably system parameter identification method for the helicopter’s longitudinal/lateral/heave/yaw.
目錄 V
一、緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 國外文獻 2
1.2.2 國內文獻 2
1.3 研究目標與方法 3
二、旋翼機飛行理論與動態方程式建立 4
2.1 旋翼機飛行理論 5
2.2 符號與座標定義 12
2.3 直昇機的動態模型建立 17
三、UAH實驗之系統介紹 22
3.1 遙控器、接收機 22
3.2 伺服馬達 22
3.3 空速計與高度計 23
3.4 超音波高度計 23
3.5 姿態儀 24
3.6 GPS 24
3.7 陀螺儀與加速規 25
3.8 飛行資料記錄器 25
3.9 微處理器 26
3.10 飛控電腦 27
3.11 UAH飛行載具 28
3.12 UAH避震腳架 28
四、參考模型之分析與實驗規劃 31
4.1 參考之直昇機系統模型 31
4.2 各參考直昇機之特徵值 37
4.3 各參考直昇機之穩態解 38
4.4 直昇機步階飛行實驗流程規劃 39
4.5 系統鑑別方法 41
4.5.1 PEM使用的代價函數 41
4.5.2 鑑別參數設定 43
4.5.3 PEM(Prediction Error Method) 43
4.5.4 系統鑑別程式可靠度驗證 44
4.5.5 直昇機航向率參數鑑別 48
4.5.6 直昇機垂直升降參數鑑別 49
4.5.7 系統矩陣與鑑別參數矩陣比較 50
4.5.8 直昇機垂直升降與航向率參數一同鑑別 51
4.5.9 擷取實際飛行資料 53
4.5.10 參數系統鑑別54
4.5.11 模型驗證 55
五、直昇機航向率與垂直升降系統參數鑑別 58
5.1 X-Plane模擬系統 58
5.2 Yaw Mode和Heave Mode系統鑑別 59
5.2.1 Yaw Mode System Identification 59
5.2.2 Heave Mode System Identification 65
5.2.3 Yaw and Heave System Identification 70
5.2.4 分離式與綜合式系統參數鑑別的比較 73
六、縱向(Lon)、橫向(Lat)系統參數鑑別 76
6.1 R90飛行模擬 76
6.2 縱、橫向系統參數鑑別 77
6.3 鑑別矩陣驗證 79
6.4 鑑別矩陣與實際飛行之穩態響應比較 81
七、成果與未來方向 83
7.1 成果 83
7.2 未來方向 84
參考文獻 85
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[2] Bernard Mettler, Mark B Tischler, and Takeo Kanade, "System Identification of Small-Size Unmanned HelicopterDynamics " , presented at the American Helicopter Society 55'' Forum.Montreal, Quebec, Canada, May 25-27, 1999.
[3] Christian Munzinger , " Development Of A Real-Time Flight Simulator For An Experimental Model Helicopter (1998) " , Atlanta, December 1998, Georgia Institute of Technology School of Aerospace Engineering.
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[12]林能祺,「小型無人旋翼機增穩控制器設計」,私立元智大學,碩士論文,民國九十五年七月。
[13]黃培育,「小型無人自主式直昇機整體系統架構規劃及航電系統建立」,私立元智大學,碩士論文,民國九十二年六月。
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[16]張光華,「以最小平方法建立直升基數學模型」,國立成功大學航空太空工程研究所,碩士論文,民國九十年。
[17]何吉堂,「兩葉片遙控直昇機動態模式的建立」,國立成功大學航空太空工程研究所,碩士論文,民國九十年。
[18]陳聖文,「應用總和能量法於直昇機控制系統」,國立成功大學航空太空工程研究所,碩士論文,民國九十三年。
[19]鄭婉?,「模型直昇機飛行姿態模擬」,私立元智大學機械工程研究所,私立元智大學,碩士論文,民國九十五年七月。
[20]李柏翰,「直昇機動態模擬之研究」,國立台北科技大學機電整合研究所,碩士論文,民國九十一年。
[21]陳建丞,「無人飛行載具MP2000UAV之氣動力參數識別」,正修科技大學機電工程研究所,碩士論文,民國九十三年。
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