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二自由度飞行姿态模拟器控制系统设计

汤文  
【摘要】:二自由度飞行姿态模拟器系统在控制领域中属于复杂的控制系统,除去系统本身机械特性,实际系统运行过程中具有复杂的空气动力学特性,以及受飞行姿态的影响,系统体现了控制科学中常见的多变量,多输入多输出,非线性,系统模型不确定性,耦合,参数时变以及自然不稳定等性质。本文对实验室的飞行姿态模拟实验装置进行了深入研究,针对此对象,利用欧拉-拉格朗日方程建立了系统的非线性动力学模型,并且根据实际装置存在的控制问题,设计了控制器,并进行了仿真验证。首先,分析系统整体结构,包括机械结构,电气系统,以及系统实时控制程序,并能够调试系统,改写系统控制算法程序。根据动力学原理,利用欧拉-拉格朗日方程对实验系统建立了多输入多输出的非线性动力学模型,并通过实际实验,利用辨识算法确定装置中的不确定参数。其次,针对系统非线性模型,基于非线性系统的控制理论,参考伺服系统跟踪问题的设计思想,设计了积分型具有鲁棒性的状态反馈控制器,进行了仿真验证。最后,针对系统具有多个工作点,在系统工作范围内系统模型具有变参数的特性,以及系统存在的不确定性干扰等因素,设计了具有?H性能指标的多胞变增益状态反馈控制器,仿真验证了控制器的有效性。


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