基于改進(jìn)模糊控制方法的直升機(jī)姿態(tài)控制研究.pdf

1、直升機(jī)具有多變的飛行狀態(tài)，其動(dòng)力學(xué)特性隨著飛行高度和飛行狀態(tài)而發(fā)生相應(yīng)的變化，且具有非線性、多變量、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)，通常難以用精確的數(shù)學(xué)模型來描述。三自由度實(shí)驗(yàn)室直升機(jī)模型是典型的高階多輸入多輸出系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的通道耦合和非線性特性，其俯仰、橫側(cè)和旋轉(zhuǎn)三軸運(yùn)動(dòng)方程，能夠部分模擬實(shí)際直升機(jī)的飛行特性。本文以該模型為背景研究了直升機(jī)飛行姿態(tài)的控制方法。
　　論文首先介紹了直升機(jī)模型的系統(tǒng)構(gòu)成，對(duì)直升機(jī)姿態(tài)控制和模糊控制的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜

2、述。接著介紹并分析了固高三自由度直升機(jī)模型的工作原理，由此引出了設(shè)計(jì)和改進(jìn)控制器的目的:使俯仰軸、橫側(cè)軸和旋轉(zhuǎn)軸能夠更好的跟蹤設(shè)定的俯仰角度、橫側(cè)角度和旋轉(zhuǎn)速度。然后根據(jù)直升機(jī)模型三個(gè)軸的動(dòng)力學(xué)特性分別建立了各自的數(shù)學(xué)模型。通過分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能，得出了控制器設(shè)計(jì)的必要性。
　　PID控制器魯棒性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但動(dòng)態(tài)性能一般，并且只適用于模型精確地系統(tǒng);模糊控制器具有非線性、抗擾動(dòng)和響應(yīng)快速的特點(diǎn)，但是穩(wěn)態(tài)誤差難以消除。為

3、了驗(yàn)證兩種控制器的特點(diǎn)，為控制器的改進(jìn)做準(zhǔn)備，論文中為直升機(jī)模型的三個(gè)軸分別設(shè)計(jì)了PID控制器和基本的模糊控制器，并用MATLAB進(jìn)行了仿真。
　　針對(duì)傳統(tǒng)PID控制器和模糊控制器的不足以及直升機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文引入了模糊自整定PID控制器。該控制器克服了普通的PID控制器對(duì)于精確模型的依賴，并且控制器參數(shù)可以隨誤差和誤差變化率的改變而自動(dòng)調(diào)整，這也提高了響應(yīng)的速度。在分析了PID響應(yīng)各個(gè)階段的參數(shù)整定原則后設(shè)計(jì)了直升機(jī)模型三個(gè)軸

4、的模糊自整定PID控制器，仿真結(jié)果表明該控制器較PID控制器有更好的性能。
　　為了進(jìn)一步改善控制性能，論文提出了一種改進(jìn)的模糊控制器。該控制器在基本二維模糊控制器的基礎(chǔ)上加入了帶積分作用的一維模糊控制器以消除誤差。在推導(dǎo)改了進(jìn)控制器的解析結(jié)構(gòu)后得出該控制器是一種非線性的變參數(shù)PID控制器。接著分析了控制器的量化因子和隸屬度函數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，為參數(shù)調(diào)整提供了指導(dǎo)。仿真結(jié)果表明改進(jìn)的模糊控制器比前面幾種控制器具有更好的穩(wěn)態(tài)性能、