3-DOF直升機和磁懸浮球系統(tǒng)的全程滑模變結(jié)構(gòu)控制研究.pdf

1、直升機以其直接起飛、著落、實現(xiàn)多方向旋轉(zhuǎn)等特性，近年來在航空航天、社會發(fā)展中受到了越來越多的關(guān)注，我國疆域遼闊，對軍用和民用直升機的需求數(shù)量也必將越來越大。然而隨著直升機飛行任務(wù)的不斷復(fù)雜化，直升機飛行速度低、機動性不高、易受干擾等缺點也慢慢暴露出來。為提高直升機的生存能力，適應(yīng)未來高度復(fù)雜任務(wù)的需要，現(xiàn)代直升機系統(tǒng)除了要具備快速性、穩(wěn)定性、可靠性等特點外，還需要具有更強的魯棒性。 另一方面，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境

2、下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。磁懸浮技術(shù)因與受力體無接觸，消除了摩擦阻力和速度限制等方面的問題。但是由于磁懸浮系統(tǒng)本身是一個非線性、本質(zhì)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，因此在控制策略上需要采用非線性魯棒反饋控制方法。 傳統(tǒng)的線性控制方法雖然具有可調(diào)控制器增益、消除控制系統(tǒng)偏差、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的功能，但是由于它是建立在小擾動線性化和參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，往往在建模時忽略了非線性和耦合的影響，因此必然存在著模型不精確、控制器對外干

3、擾和參數(shù)變化敏感的缺點。要想克服傳統(tǒng)控制方法的缺陷，除了在建模時要充分考慮到非線性因素的影響外，還需要選擇一種具有魯棒性能的控制策略。而全程滑模變結(jié)構(gòu)控制繼承了傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制的一系列優(yōu)點，對系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部干擾具有全程魯棒性。鑒于此，本文采用全程滑動模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計直升機和磁懸浮球系統(tǒng)的控制器。 本文首先介紹了Quanser公司3-DOF直升機系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)圖，分析了系統(tǒng)的動力學(xué)特性，建立了三個自由度的數(shù)學(xué)模型，

4、經(jīng)過進(jìn)一步分析，簡化了系統(tǒng)模型，最終建立了一個七維的狀態(tài)空間方程，為設(shè)計系統(tǒng)控制器做好了鋪墊。 然后，結(jié)合全程滑動模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制和趨近律方法，設(shè)計了直升機系統(tǒng)的反饋控制，采用Matlab和Wincon軟件對系統(tǒng)進(jìn)行實時控制。仿真結(jié)果表明，全程滑模變結(jié)構(gòu)控制器使3-DOF直升機模型系統(tǒng)具有很好的靜態(tài)和動態(tài)特性，對參數(shù)不確定性和外干擾具有很強的魯棒性。 最后針對單自由度磁懸浮球這類典型的非線性、不穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計了全程滑模變