检索结果-南通市图书馆

作者：王义进厦门大学

学位级别：硕士

磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等为一体的典型机电一体化技术。当前,进行磁悬浮技术的研究,可以实现各个学科间的交叉与渗透,推动磁悬浮高新技术产品的开发与应用,因而,具有十分重要的理论和现... 详细信息

磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等为一体的典型机电一体化技术。当前,进行磁悬浮技术的研究,可以实现各个学科间的交叉与渗透,推动磁悬浮高新技术产品的开发与应用,因而,具有十分重要的理论和现实意义。本论文所研究的磁悬浮球控制系统,是常导型磁悬浮系统的一种,也是研究其它常导型磁悬浮系统的基础。论文介绍了磁悬浮球控制系统的组成,分析了其工作原理。为了便于分析与设计,文中建立了控制系统的数学模型。一方面,从经典控制理论的角度,求出了控制系统的传递函数;另一方面,从现代控制理论的角度,建立了被控对象的状态空间表达式。根据数学模型,文中借助MATLAB/Simulink工具,一方面,对经典的PID控制及其各种改进形式进行了仿真,经过对比仿真的结果,选择积分分离PID控制为系统的第一种备选方案;另一方面,对状态反馈控制进行了仿真,选择状态反馈控制为系统的第二种备选方案。经过对比两种备选方案,选择状态反馈控制为系统最终的控制方案,并且用一个位于系统输出反馈通道上的pd控制器来实现。在此基础上,用模拟电路实现pd控制器,经过调整控制器参数,实现了钢球的稳定悬浮。针对模拟控制的缺点,文中采用数字控制的方法对系统进行改进,重点设计了一个基于DSP芯片TMS320LF2407A的数字pd控制器电路,实现了系统的稳定工作。论文的最后,对工作进行了总结与展望。

关键词：磁悬浮 pd控制器 DSP

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

两类网络系统的非线性分岔控制研究

两类网络系统的非线性分岔控制研究

作者：朱凡超南京邮电大学

学位级别：硕士

Hopf分岔作为一个十分普遍的动态分岔行为,不但在稳定性的分析还是极限环研究里可作为理论依据,并且和实际工程项目里的自激振动存在着紧密的关联。在实际的工程系统中常常会伴随着时滞的出现(也就是延迟环节)。它在工程项目里是普遍存... 详细信息

Hopf分岔作为一个十分普遍的动态分岔行为,不但在稳定性的分析还是极限环研究里可作为理论依据,并且和实际工程项目里的自激振动存在着紧密的关联。在实际的工程系统中常常会伴随着时滞的出现(也就是延迟环节)。它在工程项目里是普遍存在且对系统的鲁棒性和分岔性能都会产生影响,在实际工程中是一个不得不考虑的因素。并且由于实际项目中遇到的情况会十分多样复杂,从而研究分数阶模型的动力学行为就变得更为有必要。本文会在之前学者们研究工作的基础上针对分数阶小世界网络模型和带有状态反馈控制器的网络拥塞模型做进一步的讨论、研究。具体工作如下:1、分析了Caputo分数阶小世界网络模型的鲁棒性和分岔性能。将模型中的延迟环节当作分岔参数来进行分析,并通过MATLAB仿真软件更加形象的观察稳定性的变化情况。最终发现,延迟环节影响着分数阶模型的稳定性。2、分析了分数阶小世界网络模型中分数阶指数对模型动力学行为的影响。并且与前人研究过整数阶模型进行对比,找出分数阶模型的优越性。最终发现,整数阶模型是分数阶模型的一部分,在实际项目中分数阶模型能够更准确的表达稳定性能的变化情况,更贴近现实。3、分析了整数阶网络拥塞模型并带有状态反馈控制的问题。就无控模型增加状态反馈控制器改变原模型的起始分岔点,得出系统稳定域和周期解。实验成功的通过调节控制器参数获得了预期的稳定域范围并且给出状态反馈控制器参数调节范围。4分析了整数阶网络拥塞模型并带有pd控制器的问题。就无控模型增加pd控制器改变原模型的起始分岔点,得出系统稳定域。通过pd控制器参数的改变能够有效让初始分岔点发生前移或后移的现象

关键词： Hopf分岔小世界网络网络拥塞状态反馈控制器 pd控制器

微型旋翼无人机航迹规划与航迹跟踪控制系统设计

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

微型旋翼无人机航迹规划与航迹跟踪控制系统设计

作者：周红坤电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着微型旋翼无人机在日常生活中的广泛运用,人们对其飞行作业时的自主性与安全性提出了更高的要求。然而,微型旋翼无人机目前正处于可变权限自主控制阶段,离真正意义上的自主控制还有一定的差距,其中自动航迹规划与自主跟踪控... 详细信息

近年来,随着微型旋翼无人机在日常生活中的广泛运用,人们对其飞行作业时的自主性与安全性提出了更高的要求。然而,微型旋翼无人机目前正处于可变权限自主控制阶段,离真正意义上的自主控制还有一定的差距,其中自动航迹规划与自主跟踪控制是实现无人机自主化的两个关键技术。本文详细阐述了基于微型四旋翼飞行器平台的航迹规划与航迹跟踪控制系统设计实现的全过程:从实际任务需求分析入手,提出系统设计的目标,接着对航迹规划与航迹跟踪控制算法进行了详细地分析并完成了航迹规划与跟踪控制器设计;然后搭建了微型四旋翼飞行器自主飞行控制实验平台,并在该平台上开发完成了航迹规划软件、自主航点跟踪飞行控制软件以及飞行器与地面航迹规划系统的数据通信链路设计与实现;最后通过自主避障飞行实验对本文中所设计的航迹规划与航迹跟踪系统进行实验验证。主要包含以下几个方面的工作:(1)根据微型旋翼无人机实际飞行环境,机动性能及任务需求,提出动态航迹规划的设计要求,把实际环境中的障碍物抽象成多面体和线形两种障碍模型约束,地形回避采用不规则三角网格模型约束以及用圆的外接正方形对飞行器间避撞进行约束。通过引入决策变量把上述约束统一到混合整数线性规划的框架下,采用滚动时域策略求解以燃油最省、距离最短为目标函数的多目标优化问题,实现动态航迹规划。然后将该优化问题描述为AMPL标准数学模型语言,运用数学求解软件CPLEX求解,并基于GoogleEarth进行规划任务获取。(2)从四旋翼飞行器的基本结构和原理分析入手,通过引入期望的俯仰和滚转角两个虚拟控制量,将欠驱动的航迹跟踪控制系统变成全驱动的控制系统,并采用内环姿态、外环位置的控制结构进行航迹跟踪控制器设计。根据实际飞行情况,对四旋翼飞行器数学模型进行合理简化,将姿态动力学模型解耦成线性化小扰动模型,并基于此模型设计了姿态pd控制器,将位置动力学模型控制量进行等价变换,实现控制量的解耦,基于有界控制理论设计了位置控制器。(3)为了对所设计的航迹规划与航迹跟踪控制系统可行性进行实验验证,搭建了基于微型四旋翼飞行器的综合系统实验平台。然后基于此平台完成了航迹规划软件和自主航点跟踪飞行控制软件的开发以及飞行器与地面航迹规划系统数据通信的设计与实现。(4)通过实际飞行控制实验对所设计的航迹规划和控制算法的可行性以及综合控制系统软硬件实验平台的有效性进行实验验证。主要进行了在已知实际环境障碍物数据条件下的动态航迹规划算法验证;微型四旋翼飞行器自主飞行控制性能测试;已知环境障碍数据条件下的自主避障飞行实验。

关键词：微型旋翼无人机航迹规划航迹控制 pd控制器混合整数线性规划

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

仿人写字机器人建模及控制系统研究与设计

仿人写字机器人建模及控制系统研究与设计

作者：王亚光大连海事大学

学位级别：硕士

写字作为仿人形机器人的一项具有特色的功能,一直是人形机器人研究的一个热门方向。本课题研究主要集中在仿人形机器人的手臂写字功能的实现,主要工作内容包括:仿人写字机器人的运动学建模、动力学建模、控制器设计以及实物仿真平台的... 详细信息

写字作为仿人形机器人的一项具有特色的功能,一直是人形机器人研究的一个热门方向。本课题研究主要集中在仿人形机器人的手臂写字功能的实现,主要工作内容包括:仿人写字机器人的运动学建模、动力学建模、控制器设计以及实物仿真平台的搭建等等。在理论方面,首先,针对写字运动建立了仿人写字机器人的运动学模型,建立了写字机器人D-H模型;采用代数解法和几何解法进行逆运动学求解;用五次样条法进行路径规划;速度雅克比建立等等。然后,建立了写字机器人的动力学模型,采用拉格朗日法进行了动力学的建模分析,构建了写字机器人的动力学方程。在动力学模型的基础上,采用pd控制器进行轨迹跟踪仿真;考虑到pd控制器的一些缺陷,采用Backstepping控制器进行轨迹跟踪仿真;针对Backstepping控制器带来的“微分爆炸”的问题,结合动态面控制方法对Backstepping控制器的控制律进行改造,设计了 Backstepping动态面控制器。考虑到写字机器人的写字过程尽量接近于真人的写字过程,对笔尖接触到纸面触力进行控制,以达到仿人写字机器人的力/位混合控制。通过对写字过程的仿真实现了写字过程的理论验证,并比较了几种控制方法,验证了控制器的有效性。在实验方面,本文根据仿人写字机器人的功能需求建立了仿真实物平台。采用SolidWorks设计仿人写字机器人的手臂机械结构,并构建了仿人写字机器人机械平台。各个关节的控制模块采用以STM32F103C8T6为核心控制器,选择TB6112FNG直流电机驱动模块,每个模块设计CAN总线通信,实现各控制模块和上位机的通信以协调机器人各关节的运动。控制系统还包括角度传感器模块、显示模块、稳压电路模块等部分。上位机界面软件采用Qt5开发,采用串口转CAN通信实现上下位机数据的通信,协调各关节的控制模块以实现机器人写字的基本过程。本文完成了仿人写字机器人运动学模型和动力学模型的建立、控制器的设计,仿真验证了理论的正确性,建立了实物仿真实验平台,并在以下四个方面有一定的改进:(1)为写字机器人建立了全动力学模型,在仿真时更接近于机器人实际工作情况;(2)采用Backstepping动态面控制器,简化计算,提高控制性能;(3)采用力/位混合控制器,使写字机器人与真人写字更为接近;(4)设计并建立了实物仿真实验平台,为进一步深入研究仿人写字机器人创造条件,并打下良好基础。

关键词：仿人写字机器人 D-H模型 pd控制器 Backstepping动态面控制器

基于未建模动态补偿的欠驱动机械臂控制方法与实验研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于未建模动态补偿的欠驱动机械臂控制方法与实验研究

作者：赵晨东北大学

学位级别：硕士

欠驱动机械臂Pendubot(pendulum robot)作为欠驱动机械系统的典型代表,具有执行元件少,重量轻以及成本低廉等显著优点,已经广泛地应用于社会的各行各业中。因此,对于Pendubot系统的控制算法研究有着重要的理论意义和实用价值。由于Pendu... 详细信息

欠驱动机械臂Pendubot(pendulum robot)作为欠驱动机械系统的典型代表,具有执行元件少,重量轻以及成本低廉等显著优点,已经广泛地应用于社会的各行各业中。因此,对于Pendubot系统的控制算法研究有着重要的理论意义和实用价值。由于Pendubot系统具有复杂的非线性和欠驱动特征,而常规线性控制器并没有考虑系统高阶非线性项的影响,从而无法保证平衡控制器具有良好的鲁棒性和动态响应性,因此,对于Pendubot系统平衡控制时不确定性因素的深入研究是十分有必要的。本文依托东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,针对目前Pendubot系统控制算法研究存在的问题,提出了一种基于未建模动态补偿的pd平衡控制算法,并结合实际Pendubot对象开展了平衡控制研究,取得了良好的控制效果。现将本文的主要研究内容归纳如下：1.通过分析Pendubot系统摆臂的能量关系,应用拉格朗日动力学方程推导了Pendubot系统动力学模型。结合该模型的结构特征,建立了系统平衡控制的控制器设计模型,该控制器设计模型由两个结构相同的并联子系统模型组成,包括子系统低阶线性项和高阶非线性项两部分。2.针对目前Pendubot系统控制算法存在的问题,结合控制器设计模型中存在的高阶非线性项,设计并实现了一种基于未建模动态补偿的pd平衡控制器。并以上平衡位置为例,利用MATLAB/Simulink的仿真环境对于该平衡控制算法进行了仿真研究,从平衡控制区间和抗干扰性能两方面进行了仿真效果分析。3.在Pendubot系统实验平台上,进行了基于未建模动态补偿的平衡控制实验研究,并将其控制效果与传统的LQR控制器相对比。通过分析起摆—平衡混合实验和抗干扰实验的结果,说明了本文提出的平衡控制算法成功地解决了传统算法中存在的抗干扰能力差,平衡稳定区间小等问题,提高了系统的鲁棒性和收敛速度,从而验证了该算法的有效性和先进性。

关键词：欠驱动机械系统 Pendubot 子系统并联模型 pd控制器未建模动态补偿

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

四旋翼吊挂系统负载摆动抑制研究

四旋翼吊挂系统负载摆动抑制研究

作者：吴超凡渤海大学

学位级别：硕士

近几年来,四旋翼得益于体积小、机动性强、结构简单和安全性较高的优势,能实现垂直起降、定点悬停等功能,在军用、民用及娱乐方面应用广泛。目前最热门的应用有无人机寄送快递,运输方式上除传统机身内运输和机体外配置运输盒,除此之外... 详细信息

近几年来,四旋翼得益于体积小、机动性强、结构简单和安全性较高的优势,能实现垂直起降、定点悬停等功能,在军用、民用及娱乐方面应用广泛。目前最热门的应用有无人机寄送快递,运输方式上除传统机身内运输和机体外配置运输盒,除此之外还有吊挂运输。采取绳索的方式,一端连着四旋翼飞行器的底部,另一端连着运输盒或吊挂物。相比传统运输方式,可携带更重的物体。利用四旋翼垂直起降和定点悬停的优点,通过定点投放,可以在不着陆的情况下,快速的执行下一个任务,提高了运输效率。然而四旋翼吊挂运输时,四旋翼自身的运动以及外界干扰如风等会引起负载的摆动。当四旋翼吊挂运输到达目的地时,一旦四旋翼被要求快速停下,甚至会引起四旋翼吊挂失控,从而坠机,缓慢减速则会需要很久才能使吊挂物的摆动稳定。因此,四旋翼吊挂飞行时负载摆动的抑制,对提高运输安全及效率很有必要。本文的研究内容有1)提出了四旋翼吊挂系统的动力学模型,采用拉格朗日动力学对四旋翼吊挂系统进行动态建模,模型以四旋翼机体运动和负载摆动为主体,考虑了四旋翼与负载之间的耦合关系,建立了非线性数学模型。根据两种方式,pd控制和引入滤波器,设计对应的位置控制器和姿态控制器,实现对目标点的轨迹跟踪,并比较两种方法的优劣。2)依据精确线性化理论,把吊挂物在飞行状态下的摆动作为系统的外部干扰,通过设计闭环反馈控制器以减小干扰。数学模型通过状态空间的表达方式,将原状态系统以直接和间接激励的方式,划分为直接激励的四旋翼轨迹跟踪部分和间接激励的吊挂物防摆部分。对吊挂物部分根据小扰动理论近似线性化,然后根据劳斯判据,得到控制器各增益参数取值范围。综合摆角到达平衡点所花费的时间和摆动时的幅值,选择合理的增益参数,使得该控制器优化了对四旋翼吊挂系统摆动的抑制。3)吊挂物被当做新的自由度,依据吊挂物摆动的动态方程,求出自然频率和阻尼比设计输入整形控制器,输入整形技术属于主动控制的一种,使吊挂物在飞行过程中的摆动能以更小幅度,更快到达平衡状态。

关键词：四旋翼吊挂物耦合 pd控制器轨迹跟踪抗摆输入整形器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

月面移动实验室主动悬架构型与控制方法研究

月面移动实验室主动悬架构型与控制方法研究

作者：周澍楠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

月球表面凹凸不平,行驶在月面上的移动系统受到强烈冲击,由于月面重力加速度小,因此在这样工况下运行的月面移动系统容易产生车轮离地现象。当所有车轮完全离地时,整个月球车从月面上飞起,月球车车轮将失去抓地能力从而出现方向盘操纵... 详细信息

月球表面凹凸不平,行驶在月面上的移动系统受到强烈冲击,由于月面重力加速度小,因此在这样工况下运行的月面移动系统容易产生车轮离地现象。当所有车轮完全离地时,整个月球车从月面上飞起,月球车车轮将失去抓地能力从而出现方向盘操纵失灵、车身左右摇摆甚至翻车等安全性风险。而月面移动实验室由于承载的对象是宇航员,对月球车的安全性要求应摆在首位,因此控制车轮在行驶过程中不离地已成为月面移动实验室研究的首要任务。为了设计一款构型合理、有闭环控制的主动悬架,本文需要从模型简化、构型和参数设计、控制方法、动力学仿真分析四个方面入手。首先,明确月面移动实验室被动悬架的初步设计概况,并将单轮被动悬架模型简化为双质量二自由度振动模型,并计算其杠杆比和等效弹簧刚度以及等效阻尼系数。根据双质量振动模型列出其动力学方程,最后对简化模型进行静力学和运动学验证,并对单轮被动悬架杠杆比的范围进行求解。其次,主动悬架的作动器和减振器有串联连接或并联连接两种方式,分别在能耗等方面进行对比,确定选择串联型作为主动悬架构型。根据单轮被动悬架的实体模型,在仿真软件Recur Dyn中建立动力学模型。综合考虑了固有频率对车身加速度的影响,以及减振器阻尼比对车轮离地和车身加速度的影响,确定兼顾车身平顺性和操纵稳定性的各项减振参数。然后,根据月面移动实验室单轮被动悬架简化模型分别列出离地和未离地时的动力学方程,根据方程可求出单轮被动悬架的离地条件。通过理论推导可得离地时的两种特点,并从两种特点出发设计两种控制策略。经比较二者优劣可确定控制策略为通过控制电缸的线速度,以达到车身加速度为零的目标,从而控制车轮不离开月面的pd控制,并对是否设有减振器的主动悬架进行讨论,明确主动悬架中减振器在控制车身加速度方面的必要性。最后,在动力学仿真软件Recur Dyn中建立控制系统模型,并对pd控制进行参数整定。设置三种单轮被动悬架离地的激励,得到的结论是,主动悬架在这三种情况下的均不离地,因此可验证主动悬架构型和控制方法的正确性。结合模糊控制原理对pd控制器进行优化设计,优化后的控制器在提升车身平顺性方面有一定帮助。

关键词：单轮主动悬架串联型主动悬架 pd控制器 fuzzy-pd控制器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于能量模糊的风洞支杆模型振动控制研究

基于能量模糊的风洞支杆模型振动控制研究

作者：刘惟肖大连理工大学

学位级别：硕士

风洞试验是飞行器设计过程中验证设计方案合理性与可行性的重要实验手段。风洞试验即在风洞中模拟实际飞行条件,获取飞行器缩比模型在该环境下的受力、变形情况,求解飞行器的气动参数,为飞行器结构的优化设计提供可靠的数据。飞行器和... 详细信息

风洞试验是飞行器设计过程中验证设计方案合理性与可行性的重要实验手段。风洞试验即在风洞中模拟实际飞行条件,获取飞行器缩比模型在该环境下的受力、变形情况,求解飞行器的气动参数,为飞行器结构的优化设计提供可靠的数据。飞行器和支撑结构构成的系统在俯仰方向具有较低的刚度,在风洞实验,尤其是大姿态角度、跨声速时容易产生低频大幅振动,严重影响模型气动载荷的测量。本文提出了一种用于变气动载荷激励的悬臂梁结构振动主动控制的模糊自适应pd控制方法。选择估计得到的振动能量和气动载荷激励功率作为过程的参考变量,利用模糊规则和推理在线确定pd控制器的参数。设计并建立了一套实验系统,在风洞条件下进行了验证试验。(1)通过振动加速度信号对系统的整体振动能量进行估计。该参量可以表征系统当前的振动强度。系统的振动能量为风洞试验过程中系统受到气动载荷的激励最累积达到的振动能量值,能量在系统内部以动能和势能的形式相互转化。本文针对飞行器模型尾部支撑系统在风洞实验中的振动问题,通过分析系统振动过程中运动状态,提出了一种基于模型加速度信号的系统振动能量估计方法,为模糊自适应控制器提供参考输入量。(2)对气动载荷激励功率进行估计。该参量可以用于评价振动变化的趋势。对气动载荷的平均激励功率进行估计,需要从振动能量在该时间段内的平均变化中除去减振器输出的控制力所贡献的部分,因此需要建立减振器平均输出功率模型。气流载荷做功功率需要从系统累积能量中解算出功率,然后根据标定好的减振器功率模型将其中由减振器贡献的部分排除掉,作为模糊控制器的另一个参考输入量。(3)对系统振动能量与气动载荷激励功率进行模糊化处理,通过模糊控制对pd控制器的比例与微分系数进行实时调节。控制方法从能量的角度综合考虑了系统振动强度与气动载荷激励强度,使算法与减振系统对风洞实验环境变化具有较好的适应能力。(4)对能量模糊自适应pd控制器与减振系统进行风洞实验的研究。为了验证本文所设计的风洞模型振动主动控制系统以及能量模糊自适应pd控制的可行性与效果,在风洞内分别进行了亚声速和跨声速验证实验。实验结果验证了在变工况实验的全过程均具有较为有效的、稳定的振动主动控制效果。主动振动控制能力优于pd控制器,振动均方根值在各工况下均提高10%以上。

关键词：主动振动控制模糊逻辑 pd控制器悬臂梁结构振动能量分析

基于无源的非线性分数阶多智能体系统的一致性

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于无源的非线性分数阶多智能体系统的一致性

作者：潘娅辉天津工业大学

学位级别：硕士

多智能体系统协同控制因在无人机的编队控制、通信网络的拥塞控制和水下航行器的校准等众多领域中的广泛应用而受备关注。其中,作为多智能体系统协同控制的重要组成部分,一致性问题同样成为当下热门研究课题之一。作为系统稳定性的一种... 详细信息

多智能体系统协同控制因在无人机的编队控制、通信网络的拥塞控制和水下航行器的校准等众多领域中的广泛应用而受备关注。其中,作为多智能体系统协同控制的重要组成部分,一致性问题同样成为当下热门研究课题之一。作为系统稳定性的一种更高层次的抽象,系统的无源性不仅能够有效保证系统的内部稳定,而且在研究多智能体系统的一致性问题中发挥重要作用。相较于传统的整数阶多智能体系统模型,分数阶微积分凭借其固有的遗传和长期记忆的优良特性被成功应用于建模多智能体系统。考虑到上述情况,本文借助李雅普诺夫泛函方法,分数阶微积分的性质以及图论相关知识,研究了一类基于无源性的非线性分数阶多智能体系统的一致性问题。首先对一类非线性分数阶多智能体系统的无源性和一致性进行了研究。基于构造的网络模型和设计的控制器,建立了分数阶多智能体系统的无源性判据,利用提出的无源性准则,给出了确保一致性的充分条件。其次研究了基于pd控制的分数阶多智能体系统的一致性。设计了合适的pd控制器使得分数阶多智能体系统是无源的,根据无源性和一致性的关系,得到若干实现一致性的条件。最后,通过两个数值仿真例子验证了所得到无源性与一致性准则的有效性与正确性。

关键词：分数阶多智能体系统无源性一致性状态反馈控制器自适应状态反馈控制器 pd控制器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

四旋翼飞行器抗干扰研究

四旋翼飞行器抗干扰研究

作者：胡孝栋新疆大学

学位级别：硕士

随着智能化控制器的不断发展,四旋翼飞行器获得了更加智能化的新生,在军事、民事和工业等领域的运用越来越广泛。飞行器的大部分工作时间,都要面对复杂的室外环境,最常见的干扰就是室外紊流风。室外紊流风具有风速和风向的不稳定性,对... 详细信息

随着智能化控制器的不断发展,四旋翼飞行器获得了更加智能化的新生,在军事、民事和工业等领域的运用越来越广泛。飞行器的大部分工作时间,都要面对复杂的室外环境,最常见的干扰就是室外紊流风。室外紊流风具有风速和风向的不稳定性,对飞行器姿态稳定和指令执行等多方面都有极大的负面影响,严重的时候会造成飞行器坠毁,无法完成任务。所以,本文主要研究四旋翼飞行器在紊流风场下的姿态稳定问题,在pd控制与模糊自适应pd控制的基础上,设计串级模糊自适应pd控制器,提升无人机的抗风扰能力。然后,增加了已有的遗传算法优化模糊pd控制器抗风仿真。首先,建立地面坐标系,为系统提供统一的参照坐标系,再建立机体坐标系,为机体提供局部姿态标准,对飞行器的姿态进行表示。再利用Newton-Euler公式推导飞行器的动力学方程,进行动力学模型的建立。根据研究需要,对紊流风场的特性进行学习与数学分析,建立合适的紊流风场数学模型。然后对飞行器在风场环境下的受力情况进行分析,结合紊流风场,建立风场下的四旋翼飞行器动力学模型,为本文的抗风扰研究建立研究基础。其次,搭建三种不同的抗风扰控制器。第一步,根据飞行器特性设计出合适的pd控制器,并确定控制器参数整定方式,并使用Matlab/Simulink工具搭建出pd控制器仿真模块。第二步,根据研究需要,确定模糊推理和解模糊具体使用的方法,同时根据经验确认模糊规则。对模糊控制器进行编程与设计,设定模糊自适应pd控制器的工作流程,确认姿态控制的实现方式,为三个姿态角分别设计单独的模糊控制器,最后应用Matlab/Simulink工具搭建模糊pd控制器仿真模块。第三步,根据串级控制的优势,在结合模糊自适应pd控制方法,组成串级模糊自适应pd控制器。内环使用pd控制器控制姿态角速度,外环使用模糊pd控制器控制姿态的角度。然后,增加了已有的遗传算法优化模糊pd控制器抗风仿真,对比结果验证了串级模糊自适应pd控制器比其它三个控制器的抗风效果都要好。最后,分别在无风和有风环境下进行实验,验证四种控制器的姿态控制效果,并将仿真结果进行对比,对比结果验证了串级模糊自适应pd控制器的抗风效果最好,具有最好的抗风效果,遗传算法优化模糊pd控制器次之,模糊自适应pd控制器抗风效果次之,经典pd控制器抗风效果最差。

关键词：四旋翼飞行器紊流风 pd控制器模糊控制串级控制