飞行器姿态控制的研究

论文摘要

飞行器姿态的精确控制始终是制约飞行器发展的瓶颈,对于飞行器姿态控制的研究具有十分重要的意义。在飞行器控制算法研究和应用方面,传统PID具有结构简单、适应性强的特点,被广泛应用。神经网络PID控制是将神经网络和PID控制相结合形成的控制算法,神经网络PID控制是既具有PID控制器的特点,又具有神经网络的自学习、自适应等特点,对传统PID控制参数进行合理的推理计算及优化,可以达到良好的控制效果。论文论述了飞行器所在飞行环境中的不同参考坐标系、不同参考坐标系下的转换方法;给出了飞行器的动力学模型;同时对飞行器姿态控制的原理及算法、软硬件设计及实现;利用舵机作为执行机构的控制策略和飞行器飞行实验进行了研究;并使用GPS/GPRS技术将飞行器姿态数据实时传回控制中心,进行数据分析。该飞行器在某军事基地进行过飞行实验,实际效果表明了控制器的硬件和算法具有可行性和可靠性。这是一次将神经网络和PID控制相结合的算法应用到飞行器姿态控制的研究中的尝试,论文对进一步要研究的问题和方向提出看法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 飞行器姿态控制的目的和意义
• 1.2 飞行器控制系统的国内外发展状况
• 1.3 神经网络系统理论的发展及当前研究课题
• 1.4 CYGNAL 系列单片机
• 1.5 本论文的主要内容
• 第2章 飞行器的数学模型
• 2.1 坐标系
• 2.1.1 常用坐标系的定义
• 2.1.2 坐标系间的转换
• 2.2 飞行器的运动方程组
• 2.2.1 飞行器的动力方程
• 2.2.2 飞行器运动学方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 飞行器姿态控制算法的研究
• 3.1 神经网络原理及应用
• 3.1.1 MP 模型
• 3.1.2 一般神经元模型
• 3.1.3 神经网络的几种学习方法
• 3.1.4 BP 神经网络
• 3.2 数字PID 控制
• 3.2.1 PID 控制基本原理
• 3.2.2 位置式PID
• 3.2.3 增量式PID
• 3.3 神经网络PID 控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 飞行器姿态控制系统的软硬件设计
• 4.1 系统的电源电路设计
• 4.1.1 电源器件选择
• 4.1.2 电源电路结构
• 4.1.3 电源供电策略
• 4.2 MCU 系统
• 4.2.1 C8051 单片机性能介绍
• 4.2.2 复位电路
• 4.2.3 晶体振荡电路
• 4.3 AD 电路的设计
• 4.4 舵机控制电路
• 4.4.1 舵机的工作方式和工作特性
• 4.4.2 舵机的驱动及控制信号的产生
• 4.4.3 舵机在使用过程中应该注意的问题
• 4.4.5 具体控制实现
• 4.5 垂直陀螺仪原理及应用设计
• 4.5.1 陀螺仪的原理
• 4.5.2 垂直陀螺仪
• 4.5.3 垂直陀螺的仪应用
• 4.6 磁航向传感器
• 4.7 加速度计ADXL210E
• 4.7.1 加速度计ADXL210E 的特点
• 4.7.2 加速度计ADXL210E 的应用
• 4.8 GPS/GPRS
• 4.9 系统软件设计
• 4.10 本章小结
• 第5章 飞行器姿态控制的实现
• 5.1 飞行器的俯仰控制
• 5.2 飞行器的横滚控制
• 5.3 飞行器的偏航控制
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 详细摘要