【摘要】：作為一種可在部分特性上仿真直升機(jī)的控制系統(tǒng),三自由度直升機(jī)模擬飛行姿態(tài)系統(tǒng)被眾多控制技術(shù)學(xué)者關(guān)注并研究。它自身的多輸入多輸出特性、強(qiáng)耦合特性和強(qiáng)非線性特性,決定了它是一個控制工程中的難控制對象。本論文研究三自由度直升機(jī)模擬飛行姿態(tài)系統(tǒng)的實(shí)物開發(fā)以及預(yù)測控制在實(shí)物系統(tǒng)上的應(yīng)用,即解決三自由度直升機(jī)模擬控制系統(tǒng)的實(shí)際開發(fā)問題以及它的控制性能問題。主要內(nèi)容分為以下三個方面:1.對三自由度直升機(jī)模擬飛行姿態(tài)系統(tǒng)選取合適的機(jī)體坐標(biāo)系進(jìn)行動力學(xué)分析,根據(jù)該系統(tǒng)可近似為雙剛體組合運(yùn)動的特點(diǎn),建立該系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型,并基于此模型在系統(tǒng)平衡態(tài)下對其進(jìn)行小擾動線性化,將其由一個強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性模型轉(zhuǎn)化為一個弱耦合、弱非線性模型。2.考慮到實(shí)際系統(tǒng)中,受控系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng),控制系統(tǒng)為數(shù)字控制器,本文使用SIMULINK以及M函數(shù)結(jié)合的數(shù)�；旌戏抡娴姆绞綄ζ溥M(jìn)行數(shù)字PID控制器研究。在數(shù)字PID控制的基礎(chǔ)上,對俯仰軸和偏航軸進(jìn)行了動態(tài)矩陣控制器的研究。通過改變動態(tài)矩陣控制的不同調(diào)控參數(shù),比較系統(tǒng)對于同一參數(shù)的不同取值的響應(yīng)變化趨勢。3.在對三自由度模擬飛行姿態(tài)系統(tǒng)的模型做了初步分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)物系統(tǒng)開發(fā)。設(shè)計了整個系統(tǒng)的技術(shù)方案,包括機(jī)械結(jié)構(gòu)選材和電控系統(tǒng)選材及調(diào)試,對于其中的參數(shù)反饋部分和驅(qū)動裝置部分做了調(diào)試;另外基于搭建的實(shí)物系統(tǒng),設(shè)計了相應(yīng)的上位機(jī)調(diào)試系統(tǒng),上位機(jī)用于調(diào)試下位機(jī)的PID參數(shù),實(shí)時顯示下位機(jī)三軸姿態(tài)。在此基礎(chǔ)上,在俯仰軸上加入了動態(tài)矩陣控制器,優(yōu)化了控制效果。
【圖文】：

(a) 二自由度直升機(jī) (b) 三自由度直升機(jī)圖 1-1 直升機(jī)模型[1]圖 1-1(b)中展示的是三自由度直升機(jī)模擬飛行器。兩個直流電機(jī)安裝在矩形框架的兩端，分別用來驅(qū)動兩個螺旋槳。直升機(jī)機(jī)架懸掛安裝在長臂末端的儀表接頭上，該機(jī)架可以自由地繞長臂旋轉(zhuǎn)。該長臂安裝在另一個二自由度儀表接頭上，使直升機(jī)機(jī)身可以在俯仰和偏航方向上移動。臂的另一端帶有配重，使得直升機(jī)的有效質(zhì)量足夠輕，以便使用來自螺旋槳的升力來提升機(jī)身。垂直底座配有八觸點(diǎn)滑環(huán)，來自長臂和直升機(jī)的電信號通過滑環(huán)傳導(dǎo)，以消除電線纏繞的影響，減少摩擦，并允許機(jī)身無限制和無阻礙的偏航。通過上述三自由度直升機(jī)模型，研究人員能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用到實(shí)際進(jìn)行驗證，也正因為如此，越來越多的直升機(jī)技術(shù)研究人員加入到了對上述系統(tǒng)模型的研究中來。但是，，上述平臺對于一般實(shí)驗室而言成本偏高，并且該研究平臺并不是開源平臺，而是

自由度直升機(jī)模擬飛行姿態(tài)系統(tǒng)選取合適的坐標(biāo)系進(jìn)行動力系統(tǒng)的動態(tài)特點(diǎn)，建立該系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并基于此模型度直升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及工作原理式度直升機(jī)模擬飛行姿態(tài)系統(tǒng)的實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。包括、平衡塊、電機(jī)以及螺旋槳等器件。其中，位于基座中央的支撐桿的作用是用來支撐平衡桿，并且通過兩者之間的連接支撐桿做俯仰以及偏航運(yùn)動。連桿是平衡桿的動力來源，該連桿產(chǎn)生能圍繞平衡桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的拉力以及使得該連桿上
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V275.1;V249.1

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本文編號：2620544