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《山东大学》 2010年
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三自由度直升机实验系统的控制策略研究

葛金来  
【摘要】: 直升机系统是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统,难以建立精确的数学模型,而且直升机在实际飞行过程中也存在着诸多不确定因素。因此,设计的飞行控制系统必须使得直升机能够快速地响应飞行员的操作命令,并且对外界干扰具有较强的鲁棒性,以保证直升机的稳定飞行。本文以三自由度直升机模型模拟仿真纵列式双旋翼直升机的飞行状况,设计了飞行控制器跟踪控制直升机的飞行姿态,并通过实验验证了算法的有效性。全文包括以下几个部分: 首先,本文简要介绍了直升机的特点及其分类,现代飞行控制系统的发展状况,基于三自由度直升机模型的研究现状及优缺点。详细地介绍了直升机模型的硬件、软件结构组成及其飞行运动方式。在直升机理想稳定飞行位置,基于三个轴上的动力学方程建立了直升机系统的线性数学模型,并分析了数学模型的稳定性、能控性和能观性。 其次,介绍了PID控制器、模糊控制器、模糊自整定PID控制器基本原理及其各自优缺点。根据直升机线性数学模型,为直升机的三个轴分别设计了三个基于LQR的常规PID控制器。针对直升机的高度轴和旋转轴设计了两个模糊自整定PID控制器以跟踪控制直升机的飞行高度和飞行速度。对于两种控制策略都设计了无/有ADS扰动两组实验,通过对比常规PID控制器和模糊自整定PID控制器的控制效果,得知模糊自整定PID控制器不仅使得直升机能够更快地跟踪给定的飞行姿态,而且使得直升机系统具有更好的稳定性和鲁棒性。 再次,介绍了保性能控制的基本原理和线性矩阵不等式工具箱。考虑直升机模型实际飞行时高度角和俯仰角的极值以及三个轴上的运动摩擦,得出直升机数学模型的线性不确定矩阵。设计了保性能控制器跟踪控制直升机的飞行高度和飞行位置,并设计了无/有ADS扰动两组实验,实验结果表明保性能控制器能够使得直升机较快地跟踪给定的飞行姿态,并且具有较好的稳定性和鲁棒性。 最后,总结了全文的工作并展望了将来可以开展的工作方向和研究目标。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273

【参考文献】
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