3—自由度直升机模型的分析与控制器设计

本文以3—自由度直升飞机系统为模拟平台,针对其线性化模型,采用了LQR方法对直升机控制器进行设计以提高系统的性能,针对该方法加入了内模,以增强系统的跟踪能力和抗干扰能力。

基于Vega/MFC的直升机视景仿真设计

由于在视觉上的逼真效果,视景仿真在飞行控制方面得到了广泛应用;通过Visual C++/Creator/Vega的结合使用,完成了一个完整的直升机视景仿真系统,包括控制软件和视景软件两部分;控制软件是用MFC完成对HUD画面和飞行数据的实时显示,以及飞行参数输入等;视景软件主要包含了某型号直升机Creator模型的建立、场景的配置、驱动程序的编写等;控制软件与视景软件分别在两台计算机上运行,控制计算机解算出来的数据通过Socket通讯传输给视景计算机,驱动程序根据相应数据驱动Vega视景进行相应姿态、音效等视景演示,在验证飞行控制律和视觉上有很好的效果。

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。

基于二步线性化的实验直升机模型跟踪控制

一种基于二步反馈线性化方法设计解耦跟踪控制器,应用于一个三自由度(3-DOF)直升机实验系统。3-DOF直升机实验模型是典型的高阶多输入设计的多输出系统,具有较强的通道耦合和非线性特性。基于该仿真平台,将线性化系统分解成两个子系统,定义输出为输出误差积分以实现积分控制,按照输入-输出线性化方法通过坐标变换和输入变换对其线性化模型全状态精确线性化,实现了系统完全解耦,对扩展系统按照线性LQR方法设计跟踪控制器。计算机仿真和实时控制表明系统能够很好的跟踪高度和旋转速度参考轨迹。

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。

三自由度直升机的无静差预测控制

直升机飞行系统属于典型的多输入、多输出系统,是一种较为复杂的被控对象。针对Googol三自由度直升机系统,通过分析其动力学特性,发现线性化模型在重力方向上存在误差,该误差会造成预测控制算法的静差;在设计无静差预测控制器的基础上进行闭环控制实验,同时结合实际情况对输入量加入硬约束。结果表明:在该控制器的作用下直升机能够稳态无静差地跟踪参考轨迹;并检验了扰动情况下控制器的控制效果,亦表明控制器具有良好的鲁棒性。

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LQR的三自由度飞行器最优控制系统的研究

三自由度飞行器模型系统是一个典型的阶次高、变量多、不稳定、非线性和强耦合的控制系统.本文首先分析了三自由度飞行器控制系统的数学模型,并针对该系统设计了线性二次型调节器(LQR),最后重点分析了加权矩阵Q和R对系统动态特性的影响规律,仿真结果表明LQR控制方法是有效性的,在Q与R选择合理的条件下能使系统的控制效果达到最优。

基于逆系统的三自由度直升机内模控制设计

三自由度直升机模型系统是一个典型的非线性、高阶次、多变量、强耦合的多入多出系统,通过数学推导很难获得其逆模型,利用神经网络对任意连续函数很强的逼近能力与逆系统的思想相结合的方法获取三自由度直升机模型系统的逆模型,同时也将一个多入多出、强耦合的非线性系统转化为几个相对独立的单入单出的线性系统。采用内模控制的方法设计控制器,实现对高度角和横侧角的跟踪控制,MATLAB仿真结果表明该方法具有较好的控制效果,半实物仿真也说明该方法的可行性。

SWDC-5Ap在大比例尺城市三维模型建设中的应用

北京四维远见公司研发的最新一代倾斜数字航摄仪(SWDC-5Ap)是以飞思航测相机为基础研发的一款航空倾斜数字航摄仪,具有全面性、高精度、高效率、高同步及高集成的优势,本文将大棕熊直升机作为搭载平台对栖霞市进行大比例尺倾斜影像获取,利用自主软件,进行从航线设计到数据处理全流程无缝连接,通过对空三加密、三维模型创建进行分析,以及对最终数据进行检验。结果证明,利用SWDC-5Ap获取的影像质量优良,精度符合设计,其数据成果能够满足大比例尺城市三维模型建设要求。