网络化预测控制在三自由度直升机上的应用

发布时间：2017-11-30 06:29

  本文关键词：网络化预测控制在三自由度直升机上的应用

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【摘要】：相比于传统固定翼飞机,直升机具有垂直起降、空中悬停、灵活飞行的特点,因此在军事和民事应用上有着光明的前途。现阶段对于直升机飞行本地控制的方法有很多,也已经比较成熟,然而结合现在日新月异的网络技术,通过通信网络控制直升机的研究还较少。故本文所要研究的是将网络化预测控制(NPC)应用到直升机上。针对短时延网络控制系统(NCS)中由于网络时延、数据丢包等对系统性能造成的影响,本文采用了网络化预测控制方法,对于控制参数生成预测序列,同时对网络时延作出补偿,在理论分析的基础上将算法应用到直升机系统数值仿真中,验证了算法的有效性,实现了对于直升机的飞行控制。本文的主要工作和成果如下:(1)介绍了三自由度直升机相关控制方法,网络控制系统与传统控制方法相结合的控制发展情况以及网络化预测控制的研究现状。(2)介绍了网络控制系统中存在的基本问题,包括单包传输和多包传输、网络诱导时延、数据包丢失、数据包时序错乱和网络调度,分析了其对于控制系统的影响,使研究更有目的性;此外,对于预测控制的基本原理及三大特征,包括预测模型、滚动优化和反馈校正进行说明,为后面的研究分析提供一定的理论基础。(3)针对Quanser公司开发的三自由度直升机平台,分析每个自由度方向上的运动方程,得到三自由度直升机系统的状态空间表示。之后将其转化为离散时间下的状态空间模型,利用LMI工具箱求解无时延时本地LQG控制律K,极点配置法得到观测器增益L,设计本地控制器。(4)根据预测控制算法的基本思想,结合理论推导,对具体的预测控制生成器、网络时延补偿器进行了设计,并针对只存在前向通道网络时延的闭环系统做了稳定性分析。之后利用True Time网络工具箱,搭建了MATLAB/Simulink环境下的仿真平台,在此基础上利用MATLAB语言结合TrueTime封装函数对各个模块设计了功能。(5)基于仿真平台,选定不同的控制输入,分析在不同输入条件下系统的响应性能,并与本地控制的仿真结果进行比较,验证算法的可行性。对于不同丢包率环境做了数值仿真,比较了各自系统的性能。(6)最后,对全文进行归纳总结,并对下一步的研究方向与工作内容进行展望。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V275.1;V249.1

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本文编号：1238305