四旋翼直升机控制问题研究

由于四旋翼直升机所显示的操作灵活性和高负载性,几十年来它已经被控制领域和商业领域的人们所逐渐重视。本文完成了四旋翼直升机飞行控制器的设计和试验平台的建立,并在此平台上进行了部分实验。 首先,确定了四旋翼直升机的设计方案。四旋翼直升机是一个六自由度的垂直起降机,因此非常适合静态和准静态条件下飞行,它突出的优点就是灵活的操作。但是,从另一方面来说,四旋翼直升机有四个输入力,同时却有六个输出,所以它又是一种欠驱动系统,对欠驱动系统的控制很困难。又由于四旋翼直升机是通过改变螺旋桨速度实现升力变化的,这样就会导致其动力的不稳定,所以就需要有稳定的控制率和复杂的电子器件,用来保证它的稳定飞行。我们选用H∞回路成形方法设计飞行控制器。为了控制器的设计,建立了它的非线性模型和相应的Simulink模型。通过系统Matlab仿真,得到所设计可H∞回路成形飞行控制器具有鲁棒性,好的跟踪特性和干扰抑制特性。 其次,建立了四旋翼直升机的实验平台。在平台建立过程中,对传感器件和执行器件进行了选择,重点设计、分析了旋翼电机驱动电路。 最后,构建了系统的RTW实时仿真环境。完成了实时仿真环境的建立,并通过实时仿真测定了电机参数和系统转动惯量和。用测定的参数整定对象模型,设计实际的控制器,并进行了Matlab仿真和部分的实时仿真。