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基于智能PID的飞行控制系统的设计与仿真

作　者: 王乐
导　师: 曾庆双
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 智能PID控制飞机非线性模型非线性动态逆实时飞行仿真系统
分类号: V249.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 206次
引　用: 1次
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内容摘要

飞机线性化模型在一定的状态范围内是分段有效的,当飞机工作在非线性范围内时,例如大攻角、快机动时,线性化模型就不再适用,需要利用非线性动态逆来处理模型。本文涉及的飞行实时仿真系统是一种半实物仿真系统,该系统主要基于MATLAB和LABVIEW平台构建,利用实时网络通信,将舵机、姿态角、发动机、大气压等难以建立精确数学模型的系统以实物方式加入飞行控制仿真回路中,以更精确地测试飞控系统的性能。本文主要结构如下:首先创建了飞机的非线性模型,并对它进行了小扰动线性化,将其解耦为横向和纵向两组线性方程,在每组方程中根据飞行状态划分进一步简化,使之成为单输入单输出系统(SISO),以方便控制器的设计。其次,针对某型战斗机线性化模型设计了常规PID控制器,并在此基础上设计了智能PID控制器,并分别应用于该型飞机的非线性模型进行测试,比较了两种PID控制方法的品质和鲁棒性。再次,针对飞机大迎角快机动时线性化模型已经不再适用的情况,利用非线性动态逆对非线性模型进行了全局线性化,在此基础上设计了线性控制器。最后,介绍了实时飞行仿真系统的基本构成以及工作原理。并设计了飞控系统的半实物仿真实验方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外的发展概况及课题来源  9-10
  1.3 先进PID控制技术现状及发展趋势  10-12
  1.4 论文的主要研究内容  12-13
第2章飞机数学模型及控制方法  13-32
  2.1 引言  13
  2.2 飞机模型基础  13-16
    2.2.1 飞机坐标系  13-14
    2.2.2 飞机运动参数  14-15
    2.2.3 常用坐标系之间的转换  15-16
  2.3 飞机非线性模型的建立  16-22
    2.3.1 假设条件  16-17
    2.3.2 飞机的数学模型  17-18
    2.3.3 飞行器体轴坐标系中非线性方程组  18-22
  2.4 飞机非线性方程的小扰动线性化  22-28
    2.4.1 小扰动原理  22-24
    2.4.2 飞机运动方程的线性化  24-28
  2.5 控制器的设计  28-31
    2.5.1 常规PID控制方法  28-29
    2.5.2 智能PID控制器设计思想  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章飞机纵向和横向控制律的设计  32-52
  3.1 飞机俯仰角控制律的设计  32-40
    3.1.1 控制结构  32-33
    3.1.2 控制参数的选取  33-38
    3.1.3 俯仰角控制律的验证  38-40
  3.2 高度保持回路控制器的设计  40-44
    3.2.1 控制结构与控制策略  41-42
    3.2.2 控制律的设计与仿真  42-44
  3.3 倾斜姿态保持（滚转角）控制器的设计与仿真  44-49
    3.3.1 控制结构  44-45
    3.3.2 控制器的参数的选取  45-47
    3.3.3 滚转角控制律的验证  47-49
  3.4 航向保持控制律的设计与仿真  49-51
    3.4.1 航向角回路控制结构  49-50
    3.4.2 控制律的设计与仿真  50-51
  3.5 本章小结  51-52
第4章飞机的全局线性化处理  52-60
  4.1 引言  52
  4.2 飞机模型的全局线性化  52-58
    4.2.1 非线性动态逆基本原理  52-53
    4.2.2 飞机模型的处理  53-58
  4.3 线性控制器的设计  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第5章飞行实时仿真系统  60-70
  5.1 引言  60
  5.2 飞行实时仿真系统的设计  60-67
    5.2.1 网络结构  60-61
    5.2.2 系统总体结构  61
    5.2.3 系统软件组成  61-67
  5.3 仿真实验设计  67-69
  5.4 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-75
致谢  75

基于智能PID的飞行控制系统的设计与仿真

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