不確定因素下三自由度直升機模型預測控制方法研究.pdf

1、不確定因素下三自由度直升機模型預測控制方法研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：于闖指導教師：梁山教授專業(yè)：控制科學與工程學科門類：工學重慶大學自動化學院二O一七年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要直升機在國計民生中擔任著重要的角色，為科技的發(fā)展及社會的進步做出了巨大的貢獻?！癈H47支奴干”是一款運輸性能優(yōu)異的直升機，能夠運載一些大型、重型設備。為了研究該類型直升機在實際飛行中的多種問題，加拿大Quanser公司生產(chǎn)了三自

2、由度（3DOF）直升機實驗模型，該模型是對“CH47支奴干”直升機的簡化模擬，其特點可概括為高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性、強耦合以及時變等。面對這類復雜的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法就變得有些無能為力了。而模型預測控制（MPC）能夠顯式地處理被控對象的輸入與輸出約束，具有魯棒性好、控制效果優(yōu)良等特點。所以本文基于模型預測控制方法，研究三自由度直升機系統(tǒng)在姿態(tài)跟蹤控制中的相關問題。由于直升機在飛行中會遇到來自外部的干擾，產(chǎn)生飛行控制中的不確定性

3、；同時，直升機系統(tǒng)的模型特性受飛行高度和姿態(tài)的影響而發(fā)生一定的改變，存在結(jié)構(gòu)與參數(shù)攝動的情況，一般很難用精確的機理模型來描述。在進行直升機的飛行控制器設計時，如果不考慮這些不確定因素則會造成模型失配，影響姿態(tài)跟蹤性能。因此，本文針對三自由度直升機飛行控制中的外界未知干擾、模型不確定性問題進行研究。論文的主要研究內(nèi)容如下：①針對外界未知干擾的問題，將系統(tǒng)的非線性機理模型在每個采樣時刻線性化，并使用擾動觀測器估計出當前時刻擾動的大小，分別基

4、于無擾動預測與有擾動預測的方法設計了模型預測控制器，使用簡單對偶網(wǎng)絡（SDN）解帶約束的優(yōu)化問題，得到優(yōu)化解。最后通過仿真驗證擾動補償算法的有效性。②對于三自由度直升機模型的不確定性問題，設計三自由度直升機實驗模型的穩(wěn)定控制器與多正弦激勵信號，然后使用回響狀態(tài)網(wǎng)絡（ESN）對系統(tǒng)進行閉環(huán)辨識，基于得到的ESN網(wǎng)絡模型，設計了模型預測姿態(tài)跟蹤控制器，使用SDN網(wǎng)絡求得帶輸入與輸出約束的優(yōu)化解。最后通過實驗來驗證所提方法在三自由度直升機姿態(tài)