發(fā)布時間：2017-06-07 22:04

  本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器的建模及預(yù)測控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是一個多輸入多輸出、強耦合的非線性對象。本文主要研究了四旋翼飛行器的建模及其模型預(yù)測控制方法。 傳統(tǒng)的對四旋翼飛行器的建模方法是物理建模,通過對四旋翼飛行器進行受力分析,建立其數(shù)學(xué)模型。由于這種方法對四旋翼飛行器進行分析時做了一些假設(shè),同時也忽略了一些非線性的因素,這些導(dǎo)致建立的模型精度不高。 針對物理模型的缺點,本文對四旋翼飛行器采用了辨識建模,建立了四旋翼飛行器的ARX模型、RBF-ARX模型、RBFRW-ARX模型。ARX模型是線性模型,其系數(shù)通過線性最小二乘法辨識得到。RBF-ARX模型和RBFRW-ARX模型是一類隨狀態(tài)變化的非線性模型,它們的參數(shù)是通過結(jié)構(gòu)化非線性優(yōu)化方法(SNPOM)辨識得到。建模結(jié)果表示這三種模型都有很高的建模精度。 在四旋翼飛行器的ARX模型、RBF-ARX模型、RBFRW-ARX模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計了四旋翼飛行器的模型預(yù)測控制器。這三種模型通過選擇合適的狀態(tài)變量可以轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)空間的形式,對四旋翼飛行器進行狀態(tài)預(yù)測,最后通過二次規(guī)劃相關(guān)方法滾動求解最優(yōu)的控制量。 本文實現(xiàn)了基于ARX模型、RBF-ARX模型、RBFRW-ARX模型的模型預(yù)測控制方法對四旋翼飛行器的仿真控制。仿真實驗表明基于這三種模型的預(yù)測控制能夠快速平穩(wěn)地將四旋翼飛行器控制在給定的姿態(tài)�；贏RX模型和RBF-ARX模型的預(yù)測控制器具有一定的抗干擾能力。以RBF-ARX模型的預(yù)測控制為例研究了預(yù)測控制的各種控制參數(shù)對系統(tǒng)控制效果的影響。 四旋翼飛行器的實物控制實驗中對比了基于物理模型的LQR控制,基于ARX模型、RBF-ARX模型、RBFRW-ARX模型的預(yù)測控制的控制效果。綜合階躍響應(yīng),全局響應(yīng)表明基于RBF-ARX模型的預(yù)測控制方法相對來說最好。從抗干擾實驗結(jié)果表明基于RBFRW-ARX的控制策略的抗擾動能力最強。本文圖97幅,表6個,參考文獻78篇。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 ARX模型 RBF-ARX模型 RBFRW-ARX模型 模型預(yù)測控制
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.1.1 四旋翼飛行器的簡介9-10
• 1.1.2 四旋翼飛行器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2 RBF-ARX模型的發(fā)展與概述11-14
• 1.3 模型預(yù)測控制(MPC)的發(fā)展與概述14-15
• 1.4 本文的主要內(nèi)容15-17
• 2 四旋翼飛行器的建模研究17-41
• 2.1 物理建模方法17-21
• 2.2 ARX模型建模方法21-27
• 2.3 RBF-ARX模型建模方法27-34
• 2.3.1 四旋翼飛行器的RBF-ARX模型27-29
• 2.3.2 RBF-ARX模型的參數(shù)優(yōu)化方法29-32
• 2.3.3 RBF-ARX模型的建模結(jié)果32-34
• 2.4 帶回歸權(quán)重的RBF-ARX模型建模方法34-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 3 四旋翼飛行器的模型預(yù)測控制器設(shè)計41-53
• 3.1 模型預(yù)測控制的基本原理41-42
• 3.2 基于ARX模型的模型預(yù)測控制器設(shè)計42-46
• 3.2.1 四旋翼飛行器的ARX模型的狀態(tài)空間描述42-44
• 3.2.2 ARX模型狀態(tài)空間形式的預(yù)測輸出44-45
• 3.2.3 優(yōu)化求解45-46
• 3.3 基于RBF-ARX模型的預(yù)測控制器設(shè)計46-50
• 3.4 基于RBFRW-ARX模型的預(yù)測控制器的設(shè)計50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 4 四旋翼飛行器的模型預(yù)測控制結(jié)果分析53-97
• 4.1 仿真控制結(jié)果分析53-68
• 4.1.1 基于ARX模型的預(yù)測控制仿真結(jié)果53-58
• 4.1.2 基于RBF-ARX模型的預(yù)測控制仿真結(jié)果58-64
• 4.1.3 基于RBFRW-ARX模型的預(yù)測控制仿真結(jié)果64-68
• 4.2 實物控制結(jié)果分析68-96
• 4.2.1 基于物理模型的LQR控制的實物控制結(jié)果68-74
• 4.2.2 基于ARX模型的模型預(yù)測控制實物控制結(jié)果74-78
• 4.2.3 基于RBF-ARX模型的模型預(yù)測控制的實物控制結(jié)果78-83
• 4.2.4 基于RBFRW-ARX模型的模型預(yù)測控制的實物控制結(jié)果83-88
• 4.2.5 各種控制方法的實物控制結(jié)果對比88-96
• 4.3 本章小結(jié)96-97
• 5 工作總結(jié)與展望97-99
• 5.1 總結(jié)97-98
• 5.2 展望98-99
• 參考文獻99-105
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果105-107
• 致謝107

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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5 甘敏;彭輝;;不同基函數(shù)對RBF-ARX模型的影響[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 甘敏;基于狀態(tài)相依模型的非線性時間序列建模及其優(yōu)化方法研究[D];中南大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器的建模及預(yù)測控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：430419