四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究 中南大学

四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究 中南大学

中南大学

硕士学位论文

四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究

姓名：刘丽丽

申请学位级别：硕士

专业：交通信息工程及控制

指导教师：彭辉

20090526

四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究 中南大学

摘要

四旋翼飞行器是一种四螺旋桨驱动的、可垂直起降的飞行器，这种结构被广泛用于微小型无人飞行器的设计，具有重要的军用和民用价值。四旋翼飞行器同时也具有欠驱动、多变量、强耦合、非线性和不确定等复杂特性，对其建模和控制是当今控制领域的难点和热点话题。

本文对小型四旋翼无人直升机的研究现状进行了细致、广泛的调研，综述了其主要分类、研究领域、关键技术和应用前景，然后针对本实验室的四旋翼仿真器实际对象，对其建模方法和控制方案进行了初步的研究。

首先，针对本实验室四旋翼飞行器的动力学特性，建立了四旋翼飞行器的物理模型，并基于此模型设计了系统的ＬＱＲ控制器；根据系统状态方程，选取合适的加权系数矩阵后，建立系统的状态反馈矩阵，从而实现飞行器最优控制器的设计；通过仿真和实时控制验证了控制方案的有效性，并在此控制方案下采集到了输入输出数据。

然后，采用ＲＢＦ．ＡＲＸ模型理论对四旋翼飞行仿真器系统进行全局的建模。着重讨论了ＲＢＦ．ＡＲＸ模型结构的选取，模型参数辨识，ＲＢＦ．ＡＲＸ参数优化等问题。并将ＲＢＦ．ＡＲＸ模型与ＡＲＸ模型的预测输出结果相比较，证实了ＲＢＦ．ＡＲＸ模型在非线性系统建模中的优越性。

最后，基于ＲＢＦ．ＡＲＸ模型，在每个工作点处将其转化为线性ＡＲＸ模型，并设计了全局的ＬＱＲ控制器，通过仿真实验实现了飞行器的姿态控制。从仿真结果看，基于ＲＢＦ．ＡＲＸ模型的ＬＱＲ控制策略运行良好，能在限定范围内使飞行器达到各种姿态，并在较短时间内达到稳定。

关键词四旋翼飞行器，非线性系统，系统建模，ＲＢＦ．ＡＲＸ模型，ＬＱＲ

四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究 中南大学

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｑｕａｄｒｏｔｏｒｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｉｍｐｌｅｒｏｔｏｒｃｒａｆｔｄｒｉｖｅｄｂｙｆｏｕｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｖｅｒｔｉｃａｌｌｙｔａｋｅ—ｏｆｆａｎｄｌａｎｄ．ＴｈｅｍｏｄｅｍｑｕａｄｒｏｔｏｒｓａｒｅｍｏｓｔｌｙｍｉｎｉｍｉｚｅｄＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌ

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ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂｙＬＱＲｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｗｅｉｇｈｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍａｔｒｉｘｅｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’Ｓｓｔａｔｅｆｅｅｄｂａｃｋｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒｉｓ

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ａｄｏｐｔｅｄｆｏｒｔｈｅＲＢＦ－ＡＲＸｍｏｄｅｌｉｎｇｎｏｎｌｉｎｅ …… 此处隐藏：12138字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……