基于滑模变结构三自由度直升飞机控制器设计

发布时间：2017-09-02 18:07

  本文关键词：基于滑模变结构三自由度直升飞机控制器设计

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【摘要】：现代化社会的突飞猛进，新的工业设备不断的更新换代，直升飞机作为现代军工业和民用业基本工业的设备备受人们的青睐，人们从实际用途出发对现代直升飞机提出了更高的控制要求，又由于近年来现代控制理论和智能控制的发展，学者们将现代控制方法应用在直升飞机的控制上来提高控制的性能，本文以固高三自由度直升飞机设备为实验平台，结合滑模变结构理论极点配置及切换控制实现了对飞机规定路径的飞行。完成的预期的实验目标。 3-DOF实验被控对象具备了控制领域几类有代表性控制问题：高阶、非线性、强耦合。首先对于实验平台高阶以及强耦合的特点，进行了输入解耦，将七阶实验设备解耦成一个三阶的子系统和一个四阶的子系统。因为两个子系统间没有耦合，所以分别进行设计，由于实验目标是实现飞机俯仰轴方向飞行和横侧轴方向定角度悬停，所以俯仰轴的控制目标是在可控制时间内完成位置的转换，并且需要从初始位置到达目标的位置后子系统二能稳定在这个位置，由于对时间的控制要求，所以选择了全局快速终端滑模理论，这套控制算法很好的解决了系统运行时间可控的要求，但是由于滑模变结构控制本身带来的系统的抖振特点，无法完成对旋转运动的初始化，所以再运用极点配置原理稳态特性好的特点，将二者有效的结合起来取长补短，实现了启动运行的快速性、时间的可控性和稳态的平稳性的各种控制目标的完美的结合。 对于子系统一旋转轴和横侧轴有着较强的耦合不好解耦，这样对于一个四阶系统的稳定性也是一个较高的要求，所以采用反演滑模控制算法，这套控制算法的特性在于每一阶次的系统稳定的前提下，，逐步反推到四阶系统稳定。反演控制算法个特点正好适合的本文旋转方向的控制要求，同时实验结果说明反演控制算法完成的控制目标。
【关键词】：三自由度 滑模变结构 极点配置 切换控制
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 直升飞机国内发展趋势11-12
• 1.3 直升飞机常用控制算法研究12-13
• 1.4 滑模变结构算法发展历史13-16
• 1.5 本文研究的主要内容和结构安排16-17
• 第2章 三自由直升飞机系统结构分析17-24
• 2.1 三自由度直升飞机模型18
• 2.2 三自由度直升飞机系统建模18-22
• 2.2.1 俯仰轴模型建立18-20
• 2.2.2 横侧轴模型建立20-21
• 2.2.3 旋转轴模型建立21-22
• 2.3 稳定性分析22-23
• 2.3.1 系统能控性分析22-23
• 2.3.2 系统能观性分析23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 滑模变结构控制理论24-33
• 3.1 变结构控制的定义24-25
• 3.2 滑动模态的基本概念25-26
• 3.3 滑模控制的基本性质及原理26-31
• 3.3.1 滑动模态的存在条件26-28
• 3.3.2 滑动模态的稳定性28-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第4章 滑模变结构控制器设计33-56
• 4.1 系统分解33-35
• 4.2 全局快速 Terminal 滑模变结构俯仰轴控制器设计35-43
• 4.2.1 Terminal 滑模变结构控制器设计35-37
• 4.2.2 全局快速控制器设计37-38
• 4.2.3 全局快速滑模到达时间及稳定性分析38-39
• 4.2.4 稳定性分析39
• 4.2.5 位置控制器设计39-40
• 4.2.6 实验仿真40-43
• 4.3 全局快速 Terminal 滑模控制器改进43-46
• 4.3.1 准滑动模态滑模控制43
• 4.3.2 全局快速 Terminal 滑模控制器改进43-46
• 4.4 极点配置46-49
• 4.5 横侧轴反演滑模控制器设计49-55
• 4.5.1 反演滑模控制器设计步骤49-52
• 4.5.2 实验仿真52-53
• 4.5.3 理论分析53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

【参考文献】

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本文编号：780054