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《探析四旋翼飛行仿真器的建模及控制方法的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、中南大學(xué)碩士學(xué)位論文四旋翼飛行仿真器的建模及控制方法的研究姓名：劉麗麗申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：交通信息工程及控制指導(dǎo)教師：彭輝20090526摘要四旋翼飛行器是一種四螺旋槳驅(qū)動(dòng)的、可垂直起降的飛行器，這種結(jié)構(gòu)被廣泛用于微小型無人飛行器的設(shè)計(jì)，具有重要的軍用和民用價(jià)值。四旋翼飛行器同時(shí)也具有欠驅(qū)動(dòng)、多變量、強(qiáng)耦合、非線性和不確定等復(fù)雜特性，對(duì)其建模和控制是當(dāng)今控制領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)話題。本文對(duì)小型四旋翼無人直升機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了細(xì)致、廣泛的調(diào)研，綜述了其主要分類、研究領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景，然后針對(duì)本實(shí)驗(yàn)室的四旋翼仿真器
2、實(shí)際對(duì)象，對(duì)其建模方法和控制方案進(jìn)行了初步的研究。首先，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)室四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)特性，建立了四旋翼飛行器的物理模型，并基于此模型設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的LQR控制器；根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)方程，選取合適的加權(quán)系數(shù)矩陣后，建立系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣，從而實(shí)現(xiàn)飛行器最優(yōu)控制器的設(shè)計(jì)；通過仿真和實(shí)時(shí)控制驗(yàn)證了控制方案的有效性，并在此控制方案下采集到了輸入輸出數(shù)據(jù)。然后，采用RBF．ARX模型理論對(duì)四旋翼飛行仿真器系統(tǒng)進(jìn)行全局的建模。著重討論了RBF．ARX模型結(jié)構(gòu)的選取，模型參數(shù)辨識(shí)，RBF．ARX參數(shù)優(yōu)化等問題。并將RBF．ARX模型與AR
3、X模型的預(yù)測輸出結(jié)果相比較，證實(shí)了RBF．ARX模型在非線性系統(tǒng)建模中的優(yōu)越性。最后，基于RBF．ARX模型，在每個(gè)工作點(diǎn)處將其轉(zhuǎn)化為線性ARX模型，并設(shè)計(jì)了全局的LQR控制器，通過仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了飛行器的姿態(tài)控制。從仿真結(jié)果看，基于RBF．ARX模型的LQR控制策略運(yùn)行良好，能在限定范圍內(nèi)使飛行器達(dá)到各種姿態(tài)，并在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。關(guān)鍵詞四旋翼飛行器，非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)建模，RBF．ARX模型，LQRABSTRACTQuadrotorisakindofsimplerotorcraftdrivedbyfourpropel
4、lers，whichcouldverticallytake—offandland．ThemodemquadrotorsaremostlyminimizedUnmannedAerialVehicle(UAV)forbothmilitaryandcivilianusages．Itisalsoatypicalcomplexcontrolsystemwiththefeatureofunderactuation，instability，multivariable，uncertainnonlinearityandstrongcou
5、pling．Modelingandcontroltoaquadrotorisahottopicinrecentcontrollingfield．Basedonasummaryoftheresearchstatusquo，thekeytechnologiesandthefutureapplicationsofthequadrotor，thispaperconcentratesonitsspecialcharacteristics．mainlyresearchedtheproblemsonmodelingandtheway
6、sofcontrolling．Someimportanttheoreticalanalysisandresearchresultsareasfollows：Firstly，thephysicalmodelofthefour-rotorflightsimulatorareestablishedbydynamicsequations．ThencomesthedesignofacontrollerbyLQRmethod．Accordingtothestateequation，selectingproperweightcoef
7、ficientmatrixes，thesystem’Sstatefeedbackisconstructed，withwhichthecontrolofthequadrotorisachieved．Thevalidityofthecontrollerisprovedbysimulationsandreal．timecontrollings，thentheinputandoutputdataofthesystemisgottenunderthiscontrolling．Secondly，theRBF-ARXmodeling
8、theoryasaglobalmodelisadoptedforthenonlinearityofquadrotor．Thestructure，theidentificationandparameteroptimizationbasedonRBF．ARXmodelarediscussedstrongly．Thepredictive
