小型无人直升机具有高灵敏度、高准确性,而且在飞行过程中安全可靠,在城市交通监控、农林播种/喷药、复杂地形测绘等方面都有广泛的用途。随着电子技术和控制技术的发展,世界各国充分认识到了小型无人直升机在各个领域中的作用,小型无人直升机已经成为无人飞行器发展的一个重要方向。但是由于直升机主旋翼、机身和尾桨之间、桨叶和桨叶之间都存在强烈的耦合,这使得难以准确建立直升机的数学模型。因此对小型无人直升机的建模问题便成了近年来备受关注的研究课题。 本文以Ralptor 90小型无人直升机作为基本研究对象,首先建立小型无人直升机在悬停状态下各个通道的线性数学模型,利用实际飞行数据,采用系统辨识的方法获得小型无人直升机数学模型的物理参数。由于小型无人直升机在实际飞行过程中受到外界的干扰较大,并且由于GPS/INS系统需要借助外部信号源为自身定位,造成了某些状态数据的不够精确,鉴于其不确定性,本文分别采用时域辨识和频域辨识两种方法分别对小型无人直升机系统进行辨识,辨识结果表明,基于时域辨识和频域辨识的物理参数相当接近,进一步验证了模型以及算法的准确性。 通过系统辨识获得Raptor-90小型无人直升机悬停状态下各个通道的传递函数模型,并通过各个参数之间的相互关系,推导得到数学模型的其他参数,从而获得Raptor-90的所有物理参数。基于精确的数学模型之上,再利用实际的操纵数据对数学模型进行数据仿真,并和实际飞行输出数据进行对比,表明了该方法建立的小型无人直升机数学模型有相当好的准确性,可以用于无人直升机控制系统的设计。 在这些基础之上,还利用Matlab对预测误差法、时域频域辨识法、以及相关算法进行软件设计,这些成果都是本人独立设计完成并编译通过的,可以直接用于获得其他不同类型的小型无人直升机的辨识模型。