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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