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。

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。