基于改進模糊控制方法的直升機姿態(tài)控制研究.pdf

1、直升機具有多變的飛行狀態(tài)，其動力學特性隨著飛行高度和飛行狀態(tài)而發(fā)生相應的變化，且具有非線性、多變量、強耦合等特點，通常難以用精確的數(shù)學模型來描述。三自由度實驗室直升機模型是典型的高階多輸入多輸出系統(tǒng)，具有較強的通道耦合和非線性特性，其俯仰、橫側(cè)和旋轉(zhuǎn)三軸運動方程，能夠部分模擬實際直升機的飛行特性。本文以該模型為背景研究了直升機飛行姿態(tài)的控制方法。
　　論文首先介紹了直升機模型的系統(tǒng)構(gòu)成，對直升機姿態(tài)控制和模糊控制的研究現(xiàn)狀進行了綜

2、述。接著介紹并分析了固高三自由度直升機模型的工作原理，由此引出了設計和改進控制器的目的:使俯仰軸、橫側(cè)軸和旋轉(zhuǎn)軸能夠更好的跟蹤設定的俯仰角度、橫側(cè)角度和旋轉(zhuǎn)速度。然后根據(jù)直升機模型三個軸的動力學特性分別建立了各自的數(shù)學模型。通過分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能，得出了控制器設計的必要性。
　　PID控制器魯棒性好，結(jié)構(gòu)簡單，但動態(tài)性能一般，并且只適用于模型精確地系統(tǒng);模糊控制器具有非線性、抗擾動和響應快速的特點，但是穩(wěn)態(tài)誤差難以消除。為

3、了驗證兩種控制器的特點，為控制器的改進做準備，論文中為直升機模型的三個軸分別設計了PID控制器和基本的模糊控制器，并用MATLAB進行了仿真。
　　針對傳統(tǒng)PID控制器和模糊控制器的不足以及直升機系統(tǒng)的特點，本文引入了模糊自整定PID控制器。該控制器克服了普通的PID控制器對于精確模型的依賴，并且控制器參數(shù)可以隨誤差和誤差變化率的改變而自動調(diào)整，這也提高了響應的速度。在分析了PID響應各個階段的參數(shù)整定原則后設計了直升機模型三個軸

4、的模糊自整定PID控制器，仿真結(jié)果表明該控制器較PID控制器有更好的性能。
　　為了進一步改善控制性能，論文提出了一種改進的模糊控制器。該控制器在基本二維模糊控制器的基礎上加入了帶積分作用的一維模糊控制器以消除誤差。在推導改了進控制器的解析結(jié)構(gòu)后得出該控制器是一種非線性的變參數(shù)PID控制器。接著分析了控制器的量化因子和隸屬度函數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，為參數(shù)調(diào)整提供了指導。仿真結(jié)果表明改進的模糊控制器比前面幾種控制器具有更好的穩(wěn)態(tài)性能、