基于神经网络的直升机建模

天津工业大学 毕业设计（论文）

基于神经网络的直升机建模

姓 名 何凯 学 院 电气工程与自动化 专 业 自动化 指导教师 王书舟 职 称 讲师

2010年6月19日 天津工业大学毕业设计（论文）任务书 题目 基于神经网络的直升机建模 学生姓名 何凯 学院名称 电气工程与自动化 专业班级 自动化063 课题类型 实际课题

课题意义 直升机以其独特的运动方式和机动能力，在军用和民用方面有着其它机种不可替代的作用。近年来，随着直升机飞行建模与仿真需求的增加，对直升机飞行动力学仿真模型的研究也具有了非常重要的地位。 用传统的机理建模方法建立直升机的仿真模型是可行的，但是这种方法需要空气动力学知识，需要大量的气动数据来建立气动系数、气动导数模型。神经网络具有良好的非线性映射能力，可以用于建立直升机的仿真模型，这种模型需要较少的机理分析，避免了辨识大量的气动参数。本课题主要内容包括神经网络类型的选取、基于MATLAB的飞行实验数据预处理（滤波、微分平滑等）、直升机神经网络仿真模型的建立，以及基于MATLAB的机动飞行仿真等四部分。 本课题完成后，可了解直升机和神经网络的原理，熟悉对实际信号的滤波等预处理，熟练使用MATLAB软件，从而既掌握基础理论，又具备实际工程经验。

任务与进度要求

2010.3.15——2010.4.4 了解课题任务，查阅资料，撰写开题报告； 2010.4.5——2010.4.25 熟悉直升机原理，确定所用神经网络的类型； 2010.4.26——2010.5.16 熟悉MATLAB软件，完成基于MATLAB的实际飞行数据的预处理； 2010.5.17——2010.6.6 完成直升机神经网络仿真模型的建立； 2010.6.7——2010.6.30 撰写毕业论文，准备答辩。

主要参考文献

[1] 李士勇.模糊控制·神经控制和智能控制论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998. [2] 侯媛彬，杜京义，汪梅.神经网络[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007. [3] 蔡金狮.动力学系统辨识与建模[M].北京：国防工业出版社，1991. [4] 飞思科技产品研发中心.MATLAB 6.5辅助神经网络分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2003. [5] 蔡文澜.基于增强学习的小型无人直升机控制方法研究[D].长沙：国防科学技术大学，2007.

起止日期 2010年3月15日至2010年6月30日

备注 院长 教研室主任 指导教师 毕业设计（论文）开题报告表 2010年3月26日 姓名 何凯 学院 电气工程与自动化 专业 自动化 班级 063班 题目 基于神经网络的直升机建模 指导教师 王书舟 一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义： 1. 国内外研究情况：直升机以其独特的运动方式和机动能力，在军用和民用方面有着其它机种不可替代的作用。近年来，随着直升机飞行建模与仿真需求的增加，对直升机飞行动力学仿真模型的研究也具有了非常重要的地位。 2. 主要内容：○1神经网络类型的选取；○2基于Matlab的飞行实验数据预处理（滤波、微分平滑等）；○3直升机神经网络仿真模型的建立；○4基于Matlab的机动飞行仿真。 3. 目的和意义：用传统的机理建模方法建立直升机的仿真模型是可行的，但是这种方法需要空气动力学知识，需要大量的气动数据来建立气动系数、气动导数模型。神经网络具有良好的非线性映射能力，可以用于建立直升机的仿真模型，这种模型需要较少的机理分析，避免了辨识大量的气动参数。本课题完成后，可了解直升机和神经网络的原理，熟悉对实际信号的滤波等预处理，熟练使用Matlab软件，从而既掌握基础理论，又具备实际工程经验。

二、进度及预期结果： 起止日期 主要内容 预期结果 3.15—4.4 4.5—4.25 4.26—5.16 5.17—6.6 6.7—6.30 了解课题任务，查阅资料，撰写开题报告； 熟悉直升机原理，确定所用的神经网络的类型； 熟悉Matlab软件，完成实际飞行数据的预处理； 完成直升机神经网络仿真模型的建立； 撰写毕业论文，准备答辩。 完成开题报告；

理解一个神经网络模型； 获得预处理后的飞行数据； 建立直升机神经网络模型； 完成毕业论文。 完成课题的现有条件 计算机，Matlab 7.0软件，相关书籍与材料

审查意见 指导教师： 年 月 日 学院意见 主管领导： 年 月 日 天津工业大学本科毕业设计（论文）评阅表 （论文类） 题目 基于神经网络的直升机建模 学生姓名 何凯 学生班级 自动化063班 指导教师姓名 王书舟 评审项目 指标 满分 评分

选题 能体现本专业培养目标，使学生得到较全面训练。题目大小、难度适中，学生工作量饱满，经努力能完成。 10

题目与生产、科研等实际问题结合紧密。 10 课题调研、 文献检索

能独立查阅文献以及从事其他形式的调研，能较好地理

解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息，从中获取新知识的能力。 15

论文撰写 结构严谨，理论、观点、概念表达准确、清晰。 10 文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，图表清楚，书写格式符合规范。 10

外文应用 能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。 5

论文水平 论文论点正确，论点与论据协调一致，论据充分支持论点，论证过程有说服力。 15

有必要的数据、资料支持，数据、资料翔实可靠，得出的结论有可验性。 15

论文有独到见解或有一定实用价值。 10 合计 100 意见及建议：

评阅人签名： 年 月 日 天津工业大学毕业设计（论文）成绩考核表 学生姓名 何凯 学院名称 电气工程与自动化 专业班级 自动化063班 题目 基于神经网络的直升机建模 1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：

指导教师签字： 年 月 日 2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：

答辩主席（或组长）签字： 年 月 日 3．毕业设计（论文）总成绩：

a.指导教师 给定成绩 b.评阅教师 给定成绩 c.毕业答辩成绩 总成绩 (a×0.5+b×0.2+c×0.3)

成绩： 成绩： 摘 要 直升机以其独特的运动方式和机动能力，在军用和民用方面有着其它机种不可替代的作用。近年来，随着直升机飞行建模与仿真需求的增加，对直升机飞行动力学仿真模型的研究也具有了非常重要的地位。 用传统的机理建模方法建立直升机的仿真模型是可行的，但是这种方法需要空气动力学知识，需要大量的气动数据来建立气动系数、气动导数模型。神经网络具有良好的非线性映射能力，可以用于建立直升机的仿真模型，这种模型需要较少的机理分析，避免了辨识大量的气动参数。 本文介绍了两种直升机的模型结构，即直升机的运动方程（全量方程）和纵向模型，选取了BP神经网络和正则化正交最小二乘（ROLS）法，并基于MATLAB对飞行实验数据进行预处理，包括野值剔除、高频滤波、微分平滑等,建立了直升机神经网络仿真模型，最后用MATLAB对模型进行机动飞行仿真。

关键词：直升机；数据预处理；神经网络；机动飞行仿真 ABSTRACT Helicopters with its unique mode of motion and mobility, have played an irreplaceable role in the civil and military field. In recent years, with the increase of modeling and simulating demand, the research of the model based on flight dynamics of helicopter has a very important position. Using traditional mechanism modeling method to establish the simulation model of the helicopter that is feasible, but the knowledge of aerodynamics and a large number of data that establish the model of aerodynamic coefficients and aerodynamic derivatives is needed by using this method. The simulation model of helicopter can be established by using neural network that has a nonlinear mapping capability. This method need less mechanism analysis and avoid identifying a mass of aerodynamic parameters. This paper introduces two kinds of model structures, that is the motion equation and longitudinal model. BP neural network and regularized orthogonal least squares(ROLS) has been selected. Flight experimental data has been pretreated based on MATLAB by the method of wild value elimination, high frequency filtering and differential smooth. Finally, the neural network simulation model of helicopter has been established and simulated by using MATLAB.

Key words：Helicopter；Data Preparation；Neural Network；Maneuver Simulation