四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究

发布时间：2017-05-25 13:27

  本文关键词：四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 四旋翼飞行器是一种四螺旋桨驱动的、可垂直起降的飞行器,这种结构被广泛用于微小型无人飞行器的设计,具有重要的军用和民用价值。四旋翼飞行器同时也具有欠驱动、多变量、强耦合、非线性和不确定等复杂特性,对其建模和控制是当今控制领域的难点和热点话题。 本文对小型四旋翼无人直升机的研究现状进行了细致、广泛的调研,综述了其主要分类、研究领域、关键技术和应用前景,然后针对本实验室的四旋翼仿真器实际对象,对其建模方法和控制方案进行了初步的研究。 首先,针对本实验室四旋翼飞行器的动力学特性,建立了四旋翼飞行器的物理模型,并基于此模型设计了系统的LQR控制器;根据系统状态方程,选取合适的加权系数矩阵后,建立系统的状态反馈矩阵,从而实现飞行器最优控制器的设计;通过仿真和实时控制验证了控制方案的有效性,并在此控制方案下采集到了输入输出数据。 然后,采用RBF-ARX模型理论对四旋翼飞行仿真器系统进行全局的建模。着重讨论了RBF-ARX模型结构的选取,模型参数辨识,RBF-ARX参数优化等问题。并将RBF-ARX模型与ARX模型的预测输出结果相比较,证实了RBF-ARX模型在非线性系统建模中的优越性。 最后,基于RBF-ARX模型,在每个工作点处将其转化为线性ARX模型,并设计了全局的LQR控制器,通过仿真实验实现了飞行器的姿态控制。从仿真结果看,基于RBF-ARX模型的LQR控制策略运行良好,能在限定范围内使飞行器达到各种姿态,并在较短时间内达到稳定。
【关键词】：四旋翼飞行器 非线性系统 系统建模 RBF-ARX模型 LQR
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 四旋翼飞行器课题的研究背景9-10
• 1.2 四旋翼飞行器的国内外研究现状10-12
• 1.3 四旋翼飞行器发展的关键技术12-13
• 1.4 课题研究的科学意义与发展前景13-14
• 1.5 本文的主要内容14-17
• 第二章 四旋翼飞行仿真器的力学建模17-27
• 2.1 建模的基本理论17-22
• 2.1.1 建模的基本概念17-19
• 2.1.2 建模过程的三个阶段19-20
• 2.1.3 数学模型的建立方法20-22
• 2.1.4 建模的流程22
• 2.2 四旋翼飞行仿真器控制系统简介22-23
• 2.3 四旋翼飞行仿真器的力学建模23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于物理模型的四旋翼飞行器LQR控制器设计27-43
• 3.1 现代飞行控制系统设计方法的特点及应用限制27-30
• 3.2 LQR最优调节器原理30-31
• 3.3 基于物理模型的四旋翼飞行器LQR控制器设计31-33
• 3.4 控制器仿真结果分析33-35
• 3.5 Matlab Simulink实时控制35-41
• 3.6 本章小结41-43
• 第四章 RBF-ARX模型在四旋翼飞行器建模中的应用43-57
• 4.1 RBF-ARX模型原理43-47
• 4.1.1 径向基函数(RBF)网络43-44
• 4.1.2 线性ARX原理44-45
• 4.1.3 RBF-ARX原理45-47
• 4.2 RBF-ARX模型的应用47-49
• 4.3 四旋翼飞行器的RBF-ARX模型49-56
• 4.3.1 系统建模与辨识的概念和步骤49-50
• 4.3.2 四旋翼飞行器系统RBF-ARX模型结构50-51
• 4.3.3 四旋翼飞行器RBF-ARX模型参数的辨识51-55
• 4.3.4 飞行器系统RBF-ARX模型参数辨识结果55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 基于RBF-ARX模型的飞行器LQR控制57-63
• 5.1 基于RBF-ARX模型LQR控制器的设计57-60
• 5.2 仿真结果分析60-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士期间主要的研究成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 曹云峰,王柳文,陶勇,沈春林;微型飞行器控制与导航系统研究[J];航空电子技术;2002年01期

2 袁昌盛;付金华;;国际上微型飞行器的研究进展与关键问题[J];航空兵器;2005年06期

3 王伟,易建强,赵冬斌,柳晓菁;基于稳定性分析的一类欠驱动系统的滑模控制器设计[J];信息与控制;2005年02期

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本文编号：393913