微小型无人直升机姿态PID控制及试验研究

论文摘要

微小型无人直升机是一个具有静不稳定、非线性、多变量、强耦合特点的复杂被控对象,其飞行控制方法的设计涉及飞行力学、传感器原理、计算机技术、自动控制理论等学科知识,要实现微小型无人直升机姿态控制具有一定的技术难度。由于微小型无人机具有独特的飞行能力,在军事和民用方面的需求日益增多,所以进行微小型无人直升机飞行控制技术的研究和飞行控制方法的设计,具有广泛的应用前景和极其重要的现实意义。本文首先介绍了微小型无人直升机的研究背景和发展概况,说明了该课题研究的现实意义。其次,对微小型无人直升机的稳定性和操作性进行了飞行动力学分析,对其数学模型进行了简要的介绍。因为其飞行特性的复杂性,所以很难得出简洁、准确,以及对各种飞行模态都适用的直升机模型。再次,介绍了微小型无人直升机PID控制的原理,对基本PID控制算法进行了改进。然后介绍了飞行控制系统的硬件电路和试验平台,并在初期试验和调试过程中,设计了一个能在保证试验效果的同时提高安全性的试验装置。最后对试验过程进行较为详细地介绍,试验结果说明改进的PID控制算法有着良好的动态性能和稳态精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 微小型无人直升机飞行控制研究的背景及意义
• 1.2 国内外微小型无人直升机飞行控制的研究现状
• 1.3 本论文的研究内容与组织
• 第二章 微小型无人直升机的数学建模和控制方法
• 2.1 微小型无人直升机稳定性及操纵性的飞行动力学分析
• 2.1.1 直升机的稳定性
• 2.1.2 直升机的操纵性
• 2.1.3 直升机的机动性
• 2.2 微小型无人直升机基本数学模型的建立
• 2.2.1 子系统数学模型
• 2.2.2 力和力矩综合
• 2.2.3 运动学方程
• 2.3 微小型无人直升机常见的自动控制方法
• 2.3.1 自动飞行的基本原理—"反馈"
• 2.3.2 几种先进的控制方法
• 2.3.3 几种典型的鲁棒控制方法的分析
• 2.4 小结
• 第三章 微小型无人直升机的姿态PID控制
• 3.1 姿态控制的定义及其意义
• 3.2 PID控制原理
• 3.3 新型PID控制理论的简单介绍
• 3.4 PID控制算法的改进
• 3.4.1 对P参数的改进
• 3.4.2 对I参数的改进
• 3.4.3 对D参数的改进
• 3.4.4 带死区的PID控制算法
• 3.4.5 模糊PID控制
• 3.5 小结
• 第四章 飞行控制系统的硬件电路和试验平台
• 4.1 飞行控制系统的整体方案
• 4.2 飞行控制对象
• 4.3 系统结构和元器件的选择
• 4.3.1 中央处理器
• 4.3.2 MTi的功能介绍
• 4.3.3 时序逻辑控制电路
• 4.4 试验平台介绍
• 4.5 小结
• 第五章 试验结果与分析
• 5.1 信号处理
• 5.1.1 毛刺去除
• 5.1.2 低通滤波
• 5.2 基本的PD控制
• 5.3 对PD控制算法的改进
• 5.4 PID控制
• 5.5 带死区的PID控制
• 5.6 引入智能比例和智能积分控制
• 5.6.1 对P的改进
• 5.6.2 对I的改进
• 5.6.3 试验结果
• 5.7 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果