自适应双重控制在垂直起降机中的应用研究

论文摘要

垂直起降机是一种新型的飞行器,这种飞行器可以垂直起降,在空中具有极强的机动能力,因此是航空界研究的热点。自适应双重控制,考虑了参数估计的不确定性,可以改善系统过渡过程的动态性能,使系统谨慎地跟踪控制目标的同时,引入刺探信号以加速参数估计过程。为了在实验室条件下研究这种飞行器的飞行控制问题,本文建立了垂直起降机实验装置,研究自适应双重控制理论在垂直起降机控制中的应用。首先,介绍了自适应双重控制的基本理论及其发展历史,并比较了三类自适应控制器的控制效果。传统的自适应控制器基于确定性等价准则,不考虑参数估计的不确定性。谨慎控制器虽然考虑了参数估计的精度,但是谨慎控制器通常会引起“关断”现象,而且自适应过程较慢。自适应双重控制算法有效地防止了因为参数估计的不精确而导致的控制性能下降甚至失稳,同时也避免了谨慎控制系统的“关断”、“终止”和“猝发”等现象。针对垂直起降机实验装置的数学模型,本文进行了三类自适应控制器的仿真实验,仿真结果表明双重控制器具有改进的控制性能。其次,构建了垂直起降机试验装置,设计了试验装置的电机驱动板,并介绍了实验装置使用的PCI1711数据采集卡、速率陀螺和角度传感器。完成了对试验装置的整体分析,建立了实验装置的数学模型,并通过标定试验,确定了整个系统的传递函数。最后,在RTW环境下,实现了计算机与试验装置的数据通信,利用S-函数构建了双重控制算法的Simulink仿真模型,完成了自适应双重控制器的硬件在回路实时仿真实验,验证了自适应双重控制器对系统控制效果的改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 垂直起降机
• 1.1.2 自适应双重控制
• 1.2 国内外在该方向的研究与应用现状
• 1.2.1 国外双重控制算法的研究与应用现状
• 1.2.2 国内双重控制算法的研究和应用现状
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 第2章 自适应双重控制器的设计与仿真
• 2.1 自适应双重控制理论
• 2.1.1 确定性等价准则
• 2.1.2 谨慎控制器及关断现象
• 2.1.3 自适应双重控制规律
• 2.2 控制系统设计与仿真
• 2.2.1 基于分离性原理和确定性等价准则的传统自适应控制器
• 2.2.2 经过谨慎修正的自适应控制器
• 2.2.3 自适应双重控制器
• 2.2.4 三种自适应控制器控制效果比较
• 2.3 本章小结
• 第3章 被控对象数学模型的建立
• 3.1 垂直起降机实验装置结构
• 3.2 电机数学模型的建立和参数标定
• 3.2.1 电机数学模型的建立
• 3.2.2 电机数学模型的参数标定
• 3.3 被控对象数学模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿真平台的建立
• 4.1 仿真平台的构成
• 4.2 试验装置用无刷直流电机的概况
• 4.3 实验装置用无刷直流电机的控制方法
• 4.3.1 无刷直流电机的控制方法介绍
• 4.3.2 反电动势法原理
• 4.4 无刷直流电机驱动板的设计
• 4.5 PC11711 数据采集卡
• 4.6 速率陀螺和角度传感器
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统硬件在回路仿真
• 5.1 Matlab RTW简介
• 5.1.1 RTW概述
• 5.1.2 RTW的主要功能
• 5.1.3 RTW的工作原理
• 5.2 Matlab S-函数简介
• 5.2.1 S-函数概述
• 5.2.2 S-函数工作的基本原理
• 5.2.3 基于M文件的S-函数实现
• 5.3 实时仿真环境的建立
• 5.3.1 系统实时仿真框图
• 5.3.2 系统实时仿真流程
• 5.4 系统硬件在回路仿真
• 5.4.1 基于S-函数的双重控制算法的实时仿真模型的构建
• 5.4.2 系统硬件在回路仿真结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢