本文關鍵詞：基于自適應控制的四旋翼直升機的重構控制方法研究

  更多相關文章： 四旋翼直升機 驅動器故障 外部干擾 重構控制系統(tǒng) 自適應控制 多模型 故障觀測器

【摘要】：四旋翼直升機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雜任務的特點,因此具有良好的軍用和民用前景。然而,四旋翼直升機在飛行過程當中,如果發(fā)生了驅動器故障或者受到外部干擾的影響,那么四旋翼直升機的飛行品質和安全性能都會受到直接或間接的影響。基于此,本文針對發(fā)生驅動器故障的四旋翼直升機,基于自適應控制理論,提出了一系列針對四旋翼直升機的重構控制方法。本文分析了四旋翼直升機的結構特點和飛行原理,介紹了直升機一些主要的運動狀態(tài)。同時,闡述了四旋翼直升機姿態(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的數(shù)學模型。隨后介紹了本文的仿真研究對象—Quanser公司生產的四旋翼直升機仿真平臺,其系統(tǒng)軟硬件組成和模型參數(shù)。針對發(fā)生驅動器LOE故障和有參數(shù)不確定性的四旋翼直升機,設計了一種基于前饋補償?shù)闹苯幼赃m應飛行重構控制方法。以參考模型的輸入輸出及狀態(tài)量為控制量,設計直接自適應律,形成控制信號。然后又設計了線性二次型控制算法來作為內環(huán)反饋控制器以保證系統(tǒng)能夠在正常狀態(tài)下能有效運行。最后又設計了前饋補償器以滿足系統(tǒng)幾乎嚴格正實性的要求。仿真結果表明所設計的方法具有很好的重構控制效果。針對具有驅動器LIP故障和外部干擾的四旋翼直升機線性化模型,設計了基于自適應控制和多模型方法的四旋翼直升機重構控制方案。首先基于最優(yōu)控制以及最小值原則,將原始系統(tǒng)依據最優(yōu)性能指標進行優(yōu)化得到了參考模型。在傳統(tǒng)的多模型方法的基礎上,加入了重新初始化的自適應模型,來提高多模型的收斂速度。仿真結果證實了所提出的自適應重構控制方案具有優(yōu)越的控制性能。繼續(xù)針對發(fā)生驅動器故障的四旋翼直升機,設計了基于H?故障觀測器和自適應控制的重構控制方法。為了解決四旋翼直升機發(fā)生的驅動器LIP故障,設計帶有故障補償項的自適應重構控制律。同時又設計了引入H?性能指標的故障觀測器,獲取準確的故障估計信息來實現(xiàn)控制系統(tǒng)重構,以減輕自適應重構控制器的控制負擔。采用這樣的故障辨識算法,提高整個系統(tǒng)的魯棒性和重構能力,在仿真中驗證了其有效性。本文針對上述提出的控制方案,應用四旋翼直升機仿真平臺,進行了數(shù)值仿真。仿真結果表明了這些重構控制方法的可行性和有效性。
【關鍵詞】：四旋翼直升機 驅動器故障 外部干擾 重構控制系統(tǒng) 自適應控制 多模型 故障觀測器
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 課題國內外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3 文章主要研究內容和章節(jié)安排20-22
• 第二章 四旋翼直升機建模及Quanser仿真平臺介紹22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 四旋翼直升機的結構特點及飛行原理22-24
• 2.3 四旋翼直升機模型建立24-28
• 2.4 四旋翼直升機Quanser半物理仿真平臺介紹28-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第三章 基于前饋補償和直接自適應控制的四旋翼直升機重構控制31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 四旋翼直升機控制系統(tǒng)與問題描述31-32
• 3.3 重構控制方案設計32-37
• 3.3.1 內環(huán)基礎控制律設計32-33
• 3.3.2 直接自適應重構控制器設計33-35
• 3.3.3 前饋補償器設計35-37
• 3.4 四旋翼直升機系統(tǒng)仿真驗證與分析37-40
• 3.5 本章小結40-41
• 第四章 基于組合多模型的四旋翼直升機自適應重構控制41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 四旋翼直升機飛行控制系統(tǒng)問題描述41-42
• 4.3 自適應重構控制系統(tǒng)設計42-48
• 4.3.1 參考模型優(yōu)化設計42-43
• 4.3.2 自適應重構控制律設計43-45
• 4.3.3 多模型集建立及控制器設計45-48
• 4.4 四旋翼直升機系統(tǒng)仿真驗證與分析48-53
• 4.5 本章小結53-54
• 第五章 基于H￥故障觀測器的四旋翼直升機自適應重構控制54-65
• 5.1 引言54
• 5.2 四旋翼直升機控制系統(tǒng)及故障描述54-55
• 5.3 四旋翼直升機重構控制系統(tǒng)設計55-61
• 5.3.1 帶故障補償項的自適應控制律設計55-58
• 5.3.2 H￥故障觀測器設計58-61
• 5.4 四旋翼直升機系統(tǒng)仿真驗證與分析61-64
• 5.5 本章小結64-65
• 第六章 總結與展望65-67
• 6.1 全文總結65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73-74
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文74

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