三自由度直升机模型的无静差跟踪控制

三自由度实验室直升机模型是典型的高阶多输入输出系统,具有较强的通道耦合和非线性特性,其俯仰、倾斜和旋转三轴运动方程,能够部分模拟实际直升机的飞行特性,是控制理论教学和研究的有力工具。采用基于内模原理的无静差跟踪控制方法设计能够同时实现扰动抑制和鲁棒跟踪的无静差跟踪控制器,应用LQR方法设计系统状态反馈增益,将设计的线性解耦控制器应用到原非线性耦合模型上,计算机仿真和实时实验结果表明能够很好的实现轨迹跟踪控制。

三自由度直升机模型跟踪控制

针对三自由度直升机模型中存在的轴间强耦合和非线性的特性,采用系统分解与输入—状态反馈的线性化方法,对非线性耦合模型进行精确线性化处理,实现了系统解耦与线性化,并简化了控制器设计结构。首先应用拉格朗日方法对系统进行力学仿真分析。通过建立直升机的精确模型,将模型分解为两个子系统,利用状态线性化,得到简单的线性系统。分别采用无静差跟踪方法与伺服控制方法设计子系统控制器,改善了系统性能,实现了对参考输入的无静差跟踪。仿真表明,方法提高了系统稳定性,轨迹跟踪效果好。

三自由度直升机多模型LQR控制器设计

通过对三自由度直升机模型实验系统的总体分析,引入了多模型切换思想,建立了多模型LQR控制器。针对多模型LQR控制器将数学模型以高度角和俯仰角两个角度为变量建立多模型集合,运用Matlab搭建仿真对控制器进行仿真实验,并通过直升机高度角、俯仰角和旋转角的跟踪准确性、快速性以及超调量大小等控制指标,直接地度量控制器控制效果的好坏,将控制效果最优的多模型LQR控制器应用于直升机实物模型之上,运用Matlab中的实时工作空间(RTW)和Quanser公司专用控制软件Wincon实现对直升机实物的实时控制,控制效果良好。

三自由度直升机模型鲁棒控制器设计

鲁棒性是直升机的重要性能指标。针对三自由度直升机模型设计了基于线性二次型调节器(LQR)和模糊逻辑的鲁棒控制器。该控制器从控制率出发,首先采用LQR控制器来确保直升机模型的静态性能,然后设计积分切换函数与滑模切换控制分量来增强系统的抗干扰能力,接着采用模糊逻辑调整控制律以达到最佳效果。实验结果表明该策略具有较强的鲁棒性和很好的动态响应性能。

三自由度直升机模型辨识与控制

针对三自由度直升机,通过物理分析得到俯仰、横滚和偏航3个通道的模型结构,根据3个通道的不同特点使用不同的方法分别辨识3个通道的传递函数模型,并利用所辨识的模型对3个通道分别设计控制器。闭环控制实验结果表明基于辨识得到的模型所设计的控制器能够实现满意的控制性能。

基于VC++的三自由度直升机控制实验系统的设计与实现

根据三自由度直升机实验平台,分析了其固有的特征,即:典型多输入-多输出特性、非线性和强交叉耦合性。在此基础上,建立了系统的数学模型并设计了适合该实验的PID控制器。利用VC++编程环境,对直升机飞行的高度及速度控制进行了实现。实验结果表明,其控制效果达到了预定的指标。

三自由度直升机多模型LQR控制方法

针对三自由度直升机模型,为实现快速准确的跟踪控制,在现有线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulafor,LQR)最优控制理论的基础上,利用多模型切换控制的思想,建立多个模型,设计多模型LQR控制器,选择最贴近当前状态的模型,并将其所对应的控制量作用于直升机模型。MATLAB仿真及实物控制结果显示,控制响应时间缩短,跟踪误差减小,表明该方法是有效的,可以提高跟踪控制的快速性和准确性。

基于H_∞增益调度的三自由度直升机的建模与控制

针对加拿大Quanser公司生产的三自由度直升机,设计一种基于LPV模型的H_∞增益调度的控制方法。首先建立直升机系统的数学模型,将其转化为多胞形式,设计H_∞增益调度控制器,应用MATLAB的LMI工具箱求解控制器参数。再根据性能要求选择权重函数,设计系统反馈回路,并在Simulink环境下进行仿真实验。结果表明:该控制系统是稳定的,具有良好的跟踪响应,且系统具有优越的抗干扰性能。

基于模型参考自适应方法的直升机悬停控制

为研究三自由度直升机实验教学模型的运动特性,建立了小型三自由度直升机系统的数学模型,将直升机模型的运动分为俯仰轴、横侧轴、旋转轴三个部分,并分别建立动力学方程;针对该直升机模型的悬停控制问题,设计了基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制系统,使得直升机姿态控制能达到期望的要求。仿真结果表明,设计的控制系统能同时满足动态和稳态性能指标,为利用该方法进行其他控制系统的设计提供了参考。

基于LMI直升机奇异系统鲁棒稳定控制器的设计

针对三自由度直升机奇异系统鲁棒稳定性分析复杂,且难以设计稳定的控制器问题,基于状态空间方法建立了三自由度直升机模型的线性动力学系统模型。利用线性矩阵不等式(LMI:Linear Matrix Inequality)推导并证明了奇异系统鲁棒渐进稳定的条件,提出了一类奇异系统鲁棒稳定状态反馈控制率的设计方法,并绘出三自由度直升机系统的状态响应曲线。实验结果表明,该控制器比LQR(Linear Quadratic Regulator)控制器具有更好的稳定性和鲁棒性。