基于自適應(yīng)控制的四旋翼直升機(jī)的重構(gòu)控制方法研究.pdf

1、四旋翼直升機(jī)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(fù)雜任務(wù)的特點(diǎn)，因此具有良好的軍用和民用前景。然而，四旋翼直升機(jī)在飛行過程當(dāng)中，如果發(fā)生了驅(qū)動(dòng)器故障或者受到外部干擾的影響，那么四旋翼直升機(jī)的飛行品質(zhì)和安全性能都會(huì)受到直接或間接的影響?；诖?，本文針對(duì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)器故障的四旋翼直升機(jī)，基于自適應(yīng)控制理論，提出了一系列針對(duì)四旋翼直升機(jī)的重構(gòu)控制方法。
　　本文分析了四旋翼直升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和飛行原理，介紹了直升機(jī)

2、一些主要的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，闡述了四旋翼直升機(jī)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(jī)的數(shù)學(xué)模型。隨后介紹了本文的仿真研究對(duì)象—Quanser公司生產(chǎn)的四旋翼直升機(jī)仿真平臺(tái)，其系統(tǒng)軟硬件組成和模型參數(shù)。
　　針對(duì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)器LOE故障和有參數(shù)不確定性的四旋翼直升機(jī)，設(shè)計(jì)了一種基于前饋補(bǔ)償?shù)闹苯幼赃m應(yīng)飛行重構(gòu)控制方法。以參考模型的輸入輸出及狀態(tài)量為控制量，設(shè)計(jì)直接自適應(yīng)律，形成控制信號(hào)。然后又設(shè)計(jì)了線性二次型控制算法

3、來作為內(nèi)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(yùn)行。最后又設(shè)計(jì)了前饋補(bǔ)償器以滿足系統(tǒng)幾乎嚴(yán)格正實(shí)性的要求。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的方法具有很好的重構(gòu)控制效果。
　　針對(duì)具有驅(qū)動(dòng)器LIP故障和外部干擾的四旋翼直升機(jī)線性化模型，設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)控制和多模型方法的四旋翼直升機(jī)重構(gòu)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(jù)最優(yōu)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化得到了參考模型。在傳統(tǒng)的多模型方法的基礎(chǔ)上，加入了重新初始化的自適應(yīng)模型，來提高多

4、模型的收斂速度。仿真結(jié)果證實(shí)了所提出的自適應(yīng)重構(gòu)控制方案具有優(yōu)越的控制性能。
　　繼續(xù)針對(duì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)器故障的四旋翼直升機(jī)，設(shè)計(jì)了基于H?故障觀測(cè)器和自適應(yīng)控制的重構(gòu)控制方法。為了解決四旋翼直升機(jī)發(fā)生的驅(qū)動(dòng)器LIP故障，設(shè)計(jì)帶有故障補(bǔ)償項(xiàng)的自適應(yīng)重構(gòu)控制律。同時(shí)又設(shè)計(jì)了引入H?性能指標(biāo)的故障觀測(cè)器，獲取準(zhǔn)確的故障估計(jì)信息來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)重構(gòu)，以減輕自適應(yīng)重構(gòu)控制器的控制負(fù)擔(dān)。采用這樣的故障辨識(shí)算法，提高整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性和重構(gòu)能力，在仿真