二自由度直升机模拟器控制系统设计

摘要

带旋翼的直升机模拟器是控制学科常用的控制对象,是研究控制律非常理想的实验平台。不论是二自由度、三自由度亦或六自由度的直升机模拟器都具有非线性、强耦合等特性,并且由于设备中螺旋桨的存在,为系统又引入了空气动力的因素。所以很多控制领域的学者热衷于研究此系统,并将设计出的控制律应用到系统上。
　　本文便提出了一种二自由度直升机模拟器实验系统的设计方案。首先进行了实验系统的机械结构分析和设计,参照了现有的类似实验系统后,提出了三种备选方案:以模型直升机为主体,设计底座;采用航模零配件结合板材搭建机械结构;整个机械系统自行设计制造。对比了三种方案后,自行设计制造了实验系统的机械结构。
　　其次,根据机械结构和设计需要实现的功能设计了实验系统的电气方案,采用了工控机结合数据采集卡的方式。实验系统的角位置信息通过两个光电码盘测量。系统的执行器是两个连接螺旋桨的无刷电机,通过数据采集卡输出的PWM信号控制。
　　再次,分别基于RTX和MFC编写了实时控制程序和控制界面。实时控制程序负责控制底层设备,采集数据,计算控制律并通过控制数据采集卡的数字输出端口输出。控制界面控制实验系统的运行并负责保存运行数据。
　　最后,建立了系统的数学模型。对模型进行线性化后,分别对三个线性化点设计了三个线性控制律,仿真和实验都取得了较好的效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 旋翼类实验系统概述

1.3 控制方法

1.4 本文的研究内容与章节安排

第2章 实验系统的机械结构设计和电气设计

2.1 引言

2.2 机械结构设计

2.3电气系统设计

2.4 本章小结

第3章 控制界面和后台实时控制程序

3.1 引言

3.2 RTX简介

3.3 基于RTX的后台实时控制程序

3.4 基于MFC的前台控制程序介绍

3.5 本章小结

第4章 控制律设计和实际系统验证

4.1 引言

4.2 系统的数学模型

4.3 线性控制器设计

4.4 控制律的实验测试

4.5 对进一步理论分析的展望

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢