基于μ方法的多轴飞行器的控制器设计

发布时间：2017-10-11 21:46

  本文关键词：基于μ方法的多轴飞行器的控制器设计

  更多相关文章： 多轴飞行器 不确定 μ综合 控制器 D-K迭代

【摘要】：本论文以多轴无人飞行器为研究对象,以多轴飞行器的飞行控制为重点,主要分析了多轴飞行器两类不确定问题：一是输入延时不确定问题,二是高频未建模动态不确定问题。论文通过采用现代鲁棒控制理论中的μ综合控制方法来解决块对角结构不确定问题,此外论文前面章节还对多轴飞行器的硬件也了详尽的分析、选型和设计。这样在内容安排上,不仅使得论文在理论方面有充实的科学依据,而且为多轴飞行器物理建模提供有价值的参考和借鉴。首先,针对课题研究的不确定性问题,引入两类鲁棒控制方法,分别介绍两种方法的发展、研究现状以及应用特点。然后重点说明鲁棒μ控制理论,介绍获取标称系统模型,构建多轴飞行器的动力学模型方程,并对动力学方程的非线性部分进行线性处理；然后对多轴飞行器所涉及到的模型参数进行系统辨识,确保建立尽可能准确的标准系统模型。另外的重点是对多轴飞行器产生的不确定性问题进行分析和研究,确定不确定模型的上下界限,构建参数化和结构化的不确定模型。其次,选用μ综合控制方法来解决多轴飞行结构不确定性问题,针对论文研究的未建模动态和输入延时这两类不确定性问题,在对比鲁棒中的H∞控制理论在设计控制器过程中的保守性之后,文章采用更具有优势的μ综合控制方法来解决结构不确定性问题的问题。先介绍了μ综合分析和设计的一般框架,μ综合控制的概念和特性,重点是介绍了μ综合控制方法在满足系统鲁棒稳定性和鲁棒性能需要满足的条件,以及μ综合控制方法解决结构不确定性问题的一般方法与步骤和D-K迭代方法。最后,根据前面部分建立的多轴飞行器的标称系统和不确定性系统,引入合适的权重函数,然后采用Matlab鲁棒工具箱中的μ综合控制方法设计多轴飞行系统的控制器。通过仿真分析来验证：在解决多轴飞行器结构不确定性问题方面,采用μ综合控制方法的确能够很好地解决控制器设计过程中产生的保守性问题,并且在系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能方面都能获得明显的效果。
【关键词】：多轴飞行器 不确定 μ综合 控制器 D-K迭代
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 H_∞控制理论发展与特点11-12
• 1.3 μ控制方法的发展与特点12-13
• 1.4 课题主要研究内容13-15
• 第2章 多轴飞行器控制技术原理15-25
• 2.1 多轴飞行器飞行原理介绍15-17
• 2.2 无刷直流电机控制技术17-24
• 2.2.1 BLDC电机转矩脉动问题分析18-22
• 2.2.2 BLDC电机反电动势过零检测电路设计22-24
• 2.3 本章小节24-25
• 第3章 鲁棒μ综合理论25-36
• 3.1 标准H_∞控制问题25-26
• 3.2 标准H_∞控制的鲁棒化问题26-27
• 3.3 鲁棒控制的μ综合方法27-35
• 3.3.1 μ的性质与常用定理29-31
• 3.3.2 μ综合方法的鲁棒稳定和鲁棒性能证明条件31-33
• 3.3.3 鲁棒μ综合问题一般计算步骤33-34
• 3.3.4 D-K迭代法的一般方法34-35
• 3.4 本章小节35-36
• 第4章 多轴飞行器标称系统建模分析36-46
• 4.1 控制系统中数学建模的一般步骤与原则36
• 4.2 多轴飞行器地理坐标与机体坐标转换36-39
• 4.3 构建多轴飞行器标称系统模型39-44
• 4.3.1 多轴飞行器动力学和运动学方程39-41
• 4.3.2 多轴飞行器的方程的线性化处理41-42
• 4.3.3 多轴飞行器标称数学模型的参数辨识42-43
• 4.3.4 基于最小二乘法的参数估计43-44
• 4.4 本章小节44-46
• 第五章 多轴飞行器不确定性部分建模分析46-53
• 5.1 加性和乘性不确定性问题46-47
• 5.1.1 加性不确定性问题46-47
• 5.1.2 乘性不确定性问题47
• 5.2 多轴飞行器输入延时不确定性建模分析47-50
• 5.2.1 输入延时不确定性分析与Pade逼近48-50
• 5.2.2 输入延时不确定性的权重函数选取50
• 5.3 多轴飞行器高频未建模动态不确定性建模分析50-52
• 5.3.1 高频未建模动态建模50-51
• 5.3.2 高频未建模动态权重函数选择51-52
• 5.4 本章小节52-53
• 第6章 μ方法设计与计算控制器K53-71
• 6.1 多轴飞行器控制系统模型等效变换53-56
• 6.2 多轴飞行器的各部分传递函数表达式确定56-60
• 6.2.1 系统的标称传递函数模型确定56-58
• 6.2.2 不确定部分权重函数与性能函数58-60
• 6.3 μ方法中的D-K迭代求解控制器K60-65
• 6.4 系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能分析65-66
• 6.5 μ方法与H_∞方法设计的控制器结果分析66-70
• 6.6 本章小节70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间所展开的科研项目和发表学术论文78

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