三自由度直升機(jī)建模及控制方法研究.pdf

1、直升機(jī)相比其他機(jī)種，最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以做空中懸停、低空域低速度和頭部保持恒向的飛行，尤其是能于狹小受限地形垂直升降。這些特點(diǎn)使其具有廣闊的用途及發(fā)展前景，無論是在對(duì)地攻擊、偵察巡邏、反潛掃雷等軍用方面，還是在醫(yī)療救護(hù)、抗險(xiǎn)救災(zāi)、空中攝影等民用方面，都得到了十足青睞。直升機(jī)飛控系統(tǒng)是一類常見的高階次、多入多出(MIMO)的非線性系統(tǒng)，它不穩(wěn)定，并且其各個(gè)通道之間相互耦合，屬于自控界相對(duì)棘手的一類被控目標(biāo)。國(guó)內(nèi)外各廠商研發(fā)出來的科研實(shí)驗(yàn)或教

2、學(xué)用直升機(jī)模型由于能夠部分模擬真實(shí)直升機(jī)的飛行狀態(tài)和特性，是檢驗(yàn)各種控制理論和控制算法有效性的有力工具和理想模型。
　　本文以深圳固高科技有限公司生產(chǎn)的GHP2002型三自由度直升機(jī)模型為研究對(duì)象。主要研究了直升機(jī)飛行姿態(tài)的穩(wěn)定控制問題，并對(duì)不同控制算法及理論的控制效果進(jìn)行了分析與比較。
　　首先，比較詳細(xì)的闡述了3-DOF直升機(jī)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理。其次，通過剛體動(dòng)力學(xué)分析建立了直升機(jī)控制系統(tǒng)各個(gè)自由度的近似傳遞函數(shù)

3、模型，進(jìn)一步推導(dǎo)出系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程，并對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控性和能觀性進(jìn)行了分析。再次，根據(jù)三個(gè)通道的特點(diǎn)，分別為每個(gè)通道設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)立的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，并對(duì)校正后的系統(tǒng)做了MATLAB仿真。然后，介紹了線性二次型最優(yōu)控制的基本原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)LQR控制器，搭建了Simulink仿真模型，對(duì)這兩種控制算法進(jìn)行了仿真與比較。最后，這2種控制器的實(shí)時(shí)控制效果通過三自由度直升機(jī)平臺(tái)得到了驗(yàn)證和比較。
　　MATLAB仿真和實(shí)