小型无人直升机飞行控制器参数自寻优

发布时间：2023-04-09 14:08

　　本实验室主要研究小型无人直升机的导航控制,并搭载一些摄像头、云台和激光桶,进行一些火灾监测、地形扫描等任务。由于直升机需要经常进行换代更新以及更换搭载设备,会导致系统特性发生变化,就需要重复调参实验来优化控制器参数。因此,为了优化控制器结构,提高系统的鲁棒性,本论文设计了一种参数自寻优算法。使得直升机在特性改变不大的情况下,算法能够根据对象模型的变化自适应调节控制器的参数。本论文研究设计小型无人直升机飞行控制器参数自寻优算法,是基于被控对象模型的控制算法。所以,内容主要包括小型无人直升机系统模型辨识和根据辨识模型设计相应的参数自寻优算法两部分。本文的主要内容如下:(1)理论分析建立小型直升机各通道的简化数学模型。通过分析小型无人直升机各部件的数学模型,了解其工作原理。根据每个通道的工作特性分析,推导出每个通道的简化参数模型。(2)小型直升机各通道模型辨识,根据前面理论分析得到的参数模型,以及对应通道的特性,选择相应的辨识输入以及辨识方法。辨识出相应的参数模型中的未知参数,并验证了前面的理论分析建立的近似简化模型是能够满足精度要求。(3)参数自寻优算法研究设计。根据前面得到的通道的简化模...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 小型无人直升机控制方法国内外研究现状
    1.3 本论文的研究内容及安排
    1.4 课题来源
    1.5 本章小结
第二章 相关理论基础
    2.1 控制中的数学理论
        2.1.1 机体坐标系
        2.1.2 NED坐标系
        2.1.3 欧拉角
    2.2 小型无人直升机数学建模分析
        2.2.1 主旋翼的拉力
        2.2.2 主旋翼运动学建模
        2.2.3 主旋翼产生的力与力矩
        2.2.4 机身产生的力与力矩
        2.2.5 平尾和垂尾产生的力与力矩
        2.2.6 尾桨产生的力与力矩
        2.2.7 直升机的整机数学模型
    2.3 本章小结
第三章 系统辨识与调参算法分析
    3.1 系统辨识相关知识
        3.1.1 系统辨识的输入信号
        3.1.2 测量数据的预处理
        3.1.3 模型辨识方法
        3.1.4 参数辨识准度评价方法
    3.2 参数自寻优算法分析
        3.2.1 普通PD控制器下的系统分析
        3.2.2 带低通滤波的PD控制器下的系统分析
        3.2.3 PID控制器下的系统分析
    3.3 本章小结
第四章 仿真分析
    4.1 仿真环境搭建
        4.1.1 小型无人直升机的配平计算
        4.1.2 非线性微分方程的求解
    4.2 小型直升机各控制通道分析
        4.2.1 俯仰、横滚通道的数学模型建模分析
        4.2.2 偏航通道的数学模型建模分析
    4.3 各控制通道辨识实验
        4.3.1 横滚通道辨识实验
        4.3.2 俯仰通道辨识实验
        4.3.3 偏航通道辨识实验
    4.4 参数自寻优算法仿真验证实验
        4.4.1 算法中的参数取值分析
        4.4.2 算法中的自适应性分析
    4.5 本章小结
第五章 参数自寻优实验
    5.1 飞行控制平台
        5.1.1 实验室硬件平台介绍
        5.1.2 实验室软件平台介绍
    5.2 参数自寻优飞行实验
        5.2.1 横滚通道辨识
        5.2.2 横滚参数自寻优算法的参数分析
        5.2.3 参数自寻优算法的鲁棒性验证
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3787146