基于动态矩阵控制的三自由度平台研究

发布时间：2020-04-09 08:47

【摘要】：作为一种可在部分特性上仿真直升机的控制系统,三自由度直升机模拟飞行姿态系统被众多控制技术学者关注并研究。它自身的多输入多输出特性、强耦合特性和强非线性特性,决定了它是一个控制工程中的难控制对象。本论文研究三自由度直升机模拟飞行姿态系统的实物开发以及预测控制在实物系统上的应用,即解决三自由度直升机模拟控制系统的实际开发问题以及它的控制性能问题。主要内容分为以下三个方面:1.对三自由度直升机模拟飞行姿态系统选取合适的机体坐标系进行动力学分析,根据该系统可近似为双刚体组合运动的特点,建立该系统的非线性动力学模型,并基于此模型在系统平衡态下对其进行小扰动线性化,将其由一个强耦合、强非线性模型转化为一个弱耦合、弱非线性模型。2.考虑到实际系统中,受控系统为连续系统,控制系统为数字控制器,本文使用SIMULINK以及M函数结合的数模混合仿真的方式对其进行数字PID控制器研究。在数字PID控制的基础上,对俯仰轴和偏航轴进行了动态矩阵控制器的研究。通过改变动态矩阵控制的不同调控参数,比较系统对于同一参数的不同取值的响应变化趋势。3.在对三自由度模拟飞行姿态系统的模型做了初步分析的基础上,进行了实物系统开发。设计了整个系统的技术方案,包括机械结构选材和电控系统选材及调试,对于其中的参数反馈部分和驱动装置部分做了调试;另外基于搭建的实物系统,设计了相应的上位机调试系统,上位机用于调试下位机的PID参数,实时显示下位机三轴姿态。在此基础上,在俯仰轴上加入了动态矩阵控制器,优化了控制效果。
【图文】：

(a) 二自由度直升机 (b) 三自由度直升机图 1-1 直升机模型[1]图 1-1(b)中展示的是三自由度直升机模拟飞行器。两个直流电机安装在矩形框架的两端，分别用来驱动两个螺旋桨。直升机机架悬挂安装在长臂末端的仪表接头上，该机架可以自由地绕长臂旋转。该长臂安装在另一个二自由度仪表接头上，使直升机机身可以在俯仰和偏航方向上移动。臂的另一端带有配重，使得直升机的有效质量足够轻，以便使用来自螺旋桨的升力来提升机身。垂直底座配有八触点滑环，来自长臂和直升机的电信号通过滑环传导，以消除电线缠绕的影响，减少摩擦，并允许机身无限制和无阻碍的偏航。通过上述三自由度直升机模型，研究人员能够将理论应用到实际进行验证，也正因为如此，越来越多的直升机技术研究人员加入到了对上述系统模型的研究中来。但是，，上述平台对于一般实验室而言成本偏高，并且该研究平台并不是开源平台，而是

自由度直升机模拟飞行姿态系统选取合适的坐标系进行动力系统的动态特点，建立该系统的动力学模型，并基于此模型度直升机的结构形式及工作原理式度直升机模拟飞行姿态系统的实物结构如图 2-1 所示。包括、平衡块、电机以及螺旋桨等器件。其中，位于基座中央的支撑杆的作用是用来支撑平衡杆，并且通过两者之间的连接支撑杆做俯仰以及偏航运动。连杆是平衡杆的动力来源，该连杆产生能围绕平衡杆做旋转运动的拉力以及使得该连杆上
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V275.1;V249.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘晓飞;李耀明;马征;唐忠;周蓥;徐立章;;三自由度风筛清选试验研究[J];农机化研究;2018年06期

2 周琪,邵仁玉;平面三自由度并联机构的正解分析[J];南通工学院学报(自然科学版);2002年02期

3 赵恒华,唐晓初,王墅;三自由度虚轴机床作业空间研究[J];石油化工高等学校学报;2002年01期

4 吴展,李桥梁,骆海峰,吴洪涛,朱剑英;新型三自由度并联机床及其运动学模型的建立[J];淮海工学院学报(自然科学版);1999年04期

5 韦晓庚;顾之久;;泡沫黄夹克管三自由度纠偏机[J];石油工程建设;1988年05期

6 本刊记者;;三自由度电动上臂假手通过鉴定[J];医疗器械;1988年01期

7 梁天培,冯海X;三自由度机械臂的继电式控制[J];控制理论与应用;1989年02期

8 张二力;三自由度机器人机械关节设计[J];机器人;1989年04期

9 黄声华,陶醒世,林金铭;三自由度球形电机的发展[J];电工电能新技术;1989年01期

10 张德铨;陈佩娟;罗永昭;周建;;三自由度切换法肌电信号的临床应用[J];中国康复;1989年04期

相关会议论文 前10条

1 叶长春;余丽霞;宋影松;;三自由度模拟支撑致稳平台系统设计及实验[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

2 危常明;喻俊志;;一种具有三自由度鳍肢的机器海豚的机构设计与实现[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

3 曹清林;吴朝阳;周井玲;洪小南;沈世德;;含有三移动副的镗铣类平面虚拟轴机床的研制[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

4 李志荣;黄卫青;;圆柱形三自由度超声电机输出性能的仿真设计[A];苏州市自然科学优秀学术论文汇编(2008-2009)[C];2010年

5 胡开业;赵宾;丁勇;姜荃华;;基于三自由度方程的集装箱船参数横摇数值模拟研究[A];第十四届全国水动力学学术会议暨第二十八届全国水动力学研讨会文集（下册）[C];2017年

6 汪健龙;;三自由度冲击碰撞系统的动力学分析[A];2015年第五届全国地方机械工程学会学术年会暨中国制造2025发展论坛论文集[C];2015年

7 喻文焕;;一类弹性机器人的最优控制[A];1993年控制理论及其应用年会论文集[C];1993年

8 何学军;张良欣;张琪昌;;三自由度横向补给系统高架索的面内振动[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年

9 张杰;潘金柱;才义;徐明;黄兴中;;高速风洞三自由度动导数试验技术攻关[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集（B）[C];2017年

10 张妍;王怀磊;;斜拉桥索-面-塔三自由度振动模型及其1:2内共振分析[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前1条

1 董春蕾;山东科学院研制成功并下探测救援机器人[N];中国技术市场报;2009年

相关博士学位论文 前9条

1 刘丽;车辆三自由度平面运动稳定性的非线性分析及控制策略评价[D];吉林大学;2010年

2 代小林;三自由度并联机构分析与控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 张克敏;基于虚拟现实的机器人仿真研究[D];重庆大学;2012年

4 姚太克;一类三自由度并联机构的特性研究与优化设计[D];中国科学技术大学;2013年

5 倪远;基于柔性铰链的位移放大机构及三自由度调姿平台研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

6 刘湘琪;三自由度电液伺服机械臂运动控制策略研究及其实现[D];浙江理工大学;2017年

7 高振;空间三自由度并联/混联机构构型、性能与若干应用研究[D];中国科学技术大学;2009年

8 吴孟丽;一种新型三自由度并联机构的设计理论与方法[D];天津大学;2007年

9 李祺;一种三自由度并联动力头轻量化设计方法研究[D];天津大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 梅玉恒;基于HyTest的三自由度加载控制方法试验验证[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 南芳;三自由度微角位移系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 郑雪梅;三自由度加载系统高精度加载控制方法试验验证[D];哈尔滨工业大学;2018年

4 方力智;基于动态矩阵控制的三自由度平台研究[D];中国民航大学;2019年

5 苏崔聪;基于距离传感的球关节三自由度运动姿态检测[D];华中科技大学;2019年

6 刘婷婷;三自由度球形电机相对坐标变换与检测关键技术研究[D];安徽工程大学;2019年

7 何威;永磁混合驱动式三自由度电机的设计与分析计算[D];河北科技大学;2019年

8 席金强;三自由度永磁球形电动机静态转矩特性研究[D];天津理工大学;2019年

9 韩鹏娜;三自由度跟瞄平台的稳定跟踪控制研究[D];河南科技大学;2019年

10 何开拓;平面三自由度并联机构的分析与设计[D];南京理工大学;2018年

本文编号：2620544