基于三自由度雙旋翼系統(tǒng)的控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，控制理論及技術(shù)越來越重要，控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、石化、機(jī)械、食品、制藥、航空航天及軍事系統(tǒng)等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步加深控制理論和技術(shù)的研究，并且使其與實(shí)際相結(jié)合，應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，控制理論與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中心引進(jìn)了一批國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備。其中直升機(jī)多輸入多輸出系統(tǒng)是固高公司為控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置。它作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，形象直觀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉；作為一個(gè)被控對(duì)象，它又相當(dāng)復(fù)雜，就其本身而言，是一個(gè)高階次、不

2、穩(wěn)定、多變量、非線性、強(qiáng)耦合的具有三個(gè)自由度的多輸入多輸出系統(tǒng)。只有采取行之有效的控制方法方能使之穩(wěn)定。直升機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定效果非常明了，可以對(duì)俯仰角度、橫側(cè)角度、旋轉(zhuǎn)速度和穩(wěn)定時(shí)間直接度量，控制好壞一目了然。通過對(duì)該系統(tǒng)建模、設(shè)計(jì)與仿真，可以推動(dòng)和加深控制理論和技術(shù)在復(fù)雜控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。 為直升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，目的就是使橫梁位置穩(wěn)定，使系統(tǒng)在某一平面內(nèi)跟蹤給定的軌跡或者使系統(tǒng)能在多平面內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)。 首先分析了

3、直升機(jī)的組成，并且分三個(gè)自由度對(duì)直升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行建模，推出系統(tǒng)的狀態(tài)方程，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了有效的分析，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有極點(diǎn)在原點(diǎn)，得知系統(tǒng)是開環(huán)不穩(wěn)定的，必須加入校正裝置。并且系統(tǒng)是完全能控、能觀的。 然后主要介紹了傳統(tǒng)控制理論各種常用的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法在MATLAB下的實(shí)現(xiàn)，包括PID控制還有帶LQR控制器的最優(yōu)控制系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)了單一的PID控制和LQR控制器，對(duì)PID控制器進(jìn)行了參數(shù)整定，并且分析了加白噪聲情況下的系統(tǒng)響應(yīng)情

4、況。最后分析比較了PID控制還有帶LQR控制器的最優(yōu)控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 傳統(tǒng)控制理論都是建立在被控對(duì)象精確模型基礎(chǔ)上的控制理論。應(yīng)用傳統(tǒng)控制理論(包括經(jīng)典的和現(xiàn)代的)，固然可為線性被控對(duì)象設(shè)計(jì)出效果較好的控制系統(tǒng)，但其設(shè)計(jì)必須依據(jù)被控對(duì)象的線性數(shù)學(xué)模型，沒有這個(gè)依據(jù)，傳統(tǒng)控制理論則將無能為力。因此本文引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制來設(shè)計(jì)控制器。本文分別設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制和CMAC前饋控制，以直升機(jī)系統(tǒng)的位置跟蹤為例來