三自由度直升機(jī)模型的控制方法研究.pdf

1、直升機(jī)比較突出特點(diǎn)是可以做低空、低速和懸停等機(jī)動(dòng)飛行，特別是可在小面積場地垂直起降，這些特點(diǎn)使其具有廣闊的用途及發(fā)展前景，已在軍用民用方面得到了廣泛應(yīng)用。其飛行控制系統(tǒng)屬于典型的多輸入-多輸出高階系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的通道耦合特性和非線性特性，是控制工程領(lǐng)域較為復(fù)雜的被控對象，基此研發(fā)出來的實(shí)驗(yàn)室直升機(jī)仿真平臺(tái)由于能夠部分的模擬實(shí)際直升機(jī)的姿態(tài)和飛行，因此在控制理論教學(xué)、科研等方面有著廣泛的應(yīng)用。
　　 本文以深圳固高科技有限公司生產(chǎn)

2、的三自由度直升機(jī)模型為研究對象，進(jìn)行控制算法及理論的研究。
　　 首先分析了直升機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成原理，根據(jù)各個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行系統(tǒng)建模，并選取適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)變量推導(dǎo)出系統(tǒng)的狀態(tài)方程。針對被控對象的特點(diǎn)，對單一自由度運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)了PID控制器，對三個(gè)自由度同時(shí)控制設(shè)計(jì)了解耦控制器，利用得到的狀態(tài)方程研究了LQR控制器在直升機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用。
　　 接著引入優(yōu)化算法中的遺傳算法和粒子群算法。在介紹遺傳算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了遺傳算法優(yōu)化PI

3、D控制器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)以及用遺傳算法來優(yōu)化LQR控制器的參數(shù)實(shí)驗(yàn)。介紹粒子群算法后，也將粒子群算法用到PID控制器參數(shù)的優(yōu)化上，并與遺傳算法優(yōu)化得到結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　 傳統(tǒng)控制理論都是基于被控對象精確模型的基礎(chǔ)上的。上面的研究是建立在線性化模型的基礎(chǔ)上的，而對于直升機(jī)這樣復(fù)雜的模型，只用傳統(tǒng)控制并不能得到理想的控制效果。為此本文引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。本文以RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，分別將其作為辨識器和控制器，構(gòu)建了基于粒子群優(yōu)

4、化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定單神經(jīng)元PID控制器和基于粒子群優(yōu)化的RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器的兩種控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在參數(shù)初始值設(shè)計(jì)無規(guī)律可循的問題，提出用粒子群算法來進(jìn)行優(yōu)化。文章對兩種控制器分別作了仿真研究，并比較了兩種控制系統(tǒng)的控制效果。
　　 一種理論的可行性是要通過實(shí)物檢驗(yàn)來認(rèn)證的。文章最后在介紹了實(shí)時(shí)控制原理的基礎(chǔ)上，在MATLAB下對實(shí)物進(jìn)行了控制仿真。編寫S函數(shù)，利用前面提到的RBF優(yōu)化單神經(jīng)元PID參數(shù)的控制結(jié)構(gòu)，