不確定因素下三自由度直升機(jī)模型預(yù)測控制方法研究.pdf

1、不確定因素下三自由度直升機(jī)模型預(yù)測控制方法研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：于闖指導(dǎo)教師：梁山教授專業(yè)：控制科學(xué)與工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)自動化學(xué)院二O一七年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要直升機(jī)在國計民生中擔(dān)任著重要的角色，為科技的發(fā)展及社會的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)?！癈H47支奴干”是一款運輸性能優(yōu)異的直升機(jī)，能夠運載一些大型、重型設(shè)備。為了研究該類型直升機(jī)在實際飛行中的多種問題，加拿大Quanser公司生產(chǎn)了三自

2、由度（3DOF）直升機(jī)實驗?zāi)Ｐ?，該模型是對“CH47支奴干”直升機(jī)的簡化模擬，其特點可概括為高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性、強(qiáng)耦合以及時變等。面對這類復(fù)雜的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法就變得有些無能為力了。而模型預(yù)測控制（MPC）能夠顯式地處理被控對象的輸入與輸出約束，具有魯棒性好、控制效果優(yōu)良等特點。所以本文基于模型預(yù)測控制方法，研究三自由度直升機(jī)系統(tǒng)在姿態(tài)跟蹤控制中的相關(guān)問題。由于直升機(jī)在飛行中會遇到來自外部的干擾，產(chǎn)生飛行控制中的不確定性

3、；同時，直升機(jī)系統(tǒng)的模型特性受飛行高度和姿態(tài)的影響而發(fā)生一定的改變，存在結(jié)構(gòu)與參數(shù)攝動的情況，一般很難用精確的機(jī)理模型來描述。在進(jìn)行直升機(jī)的飛行控制器設(shè)計時，如果不考慮這些不確定因素則會造成模型失配，影響姿態(tài)跟蹤性能。因此，本文針對三自由度直升機(jī)飛行控制中的外界未知干擾、模型不確定性問題進(jìn)行研究。論文的主要研究內(nèi)容如下：①針對外界未知干擾的問題，將系統(tǒng)的非線性機(jī)理模型在每個采樣時刻線性化，并使用擾動觀測器估計出當(dāng)前時刻擾動的大小，分別基

4、于無擾動預(yù)測與有擾動預(yù)測的方法設(shè)計了模型預(yù)測控制器，使用簡單對偶網(wǎng)絡(luò)（SDN）解帶約束的優(yōu)化問題，得到優(yōu)化解。最后通過仿真驗證擾動補償算法的有效性。②對于三自由度直升機(jī)模型的不確定性問題，設(shè)計三自由度直升機(jī)實驗?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定控制器與多正弦激勵信號，然后使用回響狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)（ESN）對系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)辨識，基于得到的ESN網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計了模型預(yù)測姿態(tài)跟蹤控制器，使用SDN網(wǎng)絡(luò)求得帶輸入與輸出約束的優(yōu)化解。最后通過實驗來驗證所提方法在三自由度直升機(jī)姿態(tài)