本文關(guān)鍵詞：基于自適應(yīng)控制的四旋翼直升機(jī)的重構(gòu)控制方法研究

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【摘要】：四旋翼直升機(jī)作為一種新型的飛行器,具有操縱性靈活、能夠垂直起降以及能完成各種復(fù)雜任務(wù)的特點(diǎn),因此具有良好的軍用和民用前景。然而,四旋翼直升機(jī)在飛行過程當(dāng)中,如果發(fā)生了驅(qū)動(dòng)器故障或者受到外部干擾的影響,那么四旋翼直升機(jī)的飛行品質(zhì)和安全性能都會(huì)受到直接或間接的影響�；诖�,本文針對(duì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)器故障的四旋翼直升機(jī),基于自適應(yīng)控制理論,提出了一系列針對(duì)四旋翼直升機(jī)的重構(gòu)控制方法。本文分析了四旋翼直升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和飛行原理,介紹了直升機(jī)一些主要的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí),闡述了四旋翼直升機(jī)姿態(tài)角的物理意義,并基于歐拉-拉格朗日方法建立了四旋翼直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型。隨后介紹了本文的仿真研究對(duì)象—Quanser公司生產(chǎn)的四旋翼直升機(jī)仿真平臺(tái),其系統(tǒng)軟硬件組成和模型參數(shù)。針對(duì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)器LOE故障和有參數(shù)不確定性的四旋翼直升機(jī),設(shè)計(jì)了一種基于前饋補(bǔ)償?shù)闹苯幼赃m應(yīng)飛行重構(gòu)控制方法。以參考模型的輸入輸出及狀態(tài)量為控制量,設(shè)計(jì)直接自適應(yīng)律,形成控制信號(hào)。然后又設(shè)計(jì)了線性二次型控制算法來作為內(nèi)環(huán)反饋控制器以保證系統(tǒng)能夠在正常狀態(tài)下能有效運(yùn)行。最后又設(shè)計(jì)了前饋補(bǔ)償器以滿足系統(tǒng)幾乎嚴(yán)格正實(shí)性的要求。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的方法具有很好的重構(gòu)控制效果。針對(duì)具有驅(qū)動(dòng)器LIP故障和外部干擾的四旋翼直升機(jī)線性化模型,設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)控制和多模型方法的四旋翼直升機(jī)重構(gòu)控制方案。首先基于最優(yōu)控制以及最小值原則,將原始系統(tǒng)依據(jù)最優(yōu)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化得到了參考模型。在傳統(tǒng)的多模型方法的基礎(chǔ)上,加入了重新初始化的自適應(yīng)模型,來提高多模型的收斂速度。仿真結(jié)果證實(shí)了所提出的自適應(yīng)重構(gòu)控制方案具有優(yōu)越的控制性能。繼續(xù)針對(duì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)器故障的四旋翼直升機(jī),設(shè)計(jì)了基于H?故障觀測器和自適應(yīng)控制的重構(gòu)控制方法。為了解決四旋翼直升機(jī)發(fā)生的驅(qū)動(dòng)器LIP故障,設(shè)計(jì)帶有故障補(bǔ)償項(xiàng)的自適應(yīng)重構(gòu)控制律。同時(shí)又設(shè)計(jì)了引入H?性能指標(biāo)的故障觀測器,獲取準(zhǔn)確的故障估計(jì)信息來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)重構(gòu),以減輕自適應(yīng)重構(gòu)控制器的控制負(fù)擔(dān)。采用這樣的故障辨識(shí)算法,提高整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性和重構(gòu)能力,在仿真中驗(yàn)證了其有效性。本文針對(duì)上述提出的控制方案,應(yīng)用四旋翼直升機(jī)仿真平臺(tái),進(jìn)行了數(shù)值仿真。仿真結(jié)果表明了這些重構(gòu)控制方法的可行性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼直升機(jī) 驅(qū)動(dòng)器故障 外部干擾 重構(gòu)控制系統(tǒng) 自適應(yīng)控制 多模型 故障觀測器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 課題研究背景及研究意義13-14
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3 文章主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排20-22
• 第二章 四旋翼直升機(jī)建模及Quanser仿真平臺(tái)介紹22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 四旋翼直升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及飛行原理22-24
• 2.3 四旋翼直升機(jī)模型建立24-28
• 2.4 四旋翼直升機(jī)Quanser半物理仿真平臺(tái)介紹28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 基于前饋補(bǔ)償和直接自適應(yīng)控制的四旋翼直升機(jī)重構(gòu)控制31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 四旋翼直升機(jī)控制系統(tǒng)與問題描述31-32
• 3.3 重構(gòu)控制方案設(shè)計(jì)32-37
• 3.3.1 內(nèi)環(huán)基礎(chǔ)控制律設(shè)計(jì)32-33
• 3.3.2 直接自適應(yīng)重構(gòu)控制器設(shè)計(jì)33-35
• 3.3.3 前饋補(bǔ)償器設(shè)計(jì)35-37
• 3.4 四旋翼直升機(jī)系統(tǒng)仿真驗(yàn)證與分析37-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 基于組合多模型的四旋翼直升機(jī)自適應(yīng)重構(gòu)控制41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 四旋翼直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)問題描述41-42
• 4.3 自適應(yīng)重構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42-48
• 4.3.1 參考模型優(yōu)化設(shè)計(jì)42-43
• 4.3.2 自適應(yīng)重構(gòu)控制律設(shè)計(jì)43-45
• 4.3.3 多模型集建立及控制器設(shè)計(jì)45-48
• 4.4 四旋翼直升機(jī)系統(tǒng)仿真驗(yàn)證與分析48-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第五章 基于H￥故障觀測器的四旋翼直升機(jī)自適應(yīng)重構(gòu)控制54-65
• 5.1 引言54
• 5.2 四旋翼直升機(jī)控制系統(tǒng)及故障描述54-55
• 5.3 四旋翼直升機(jī)重構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)55-61
• 5.3.1 帶故障補(bǔ)償項(xiàng)的自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)55-58
• 5.3.2 H￥故障觀測器設(shè)計(jì)58-61
• 5.4 四旋翼直升機(jī)系統(tǒng)仿真驗(yàn)證與分析61-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 全文總結(jié)65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74

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