二自由度直升机模拟器控制系统设计论文

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1、硕士学位论文二自由度直升机模拟器控制系统设计DESIGNOF2-DOFHELICOPTEREXPERIMENTALSYSTEM赵岩哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TP29学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文二自由度直升机模拟器控制系统设计硕士研究生：赵岩导师：黄显林教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2013年7月1日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP29U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESI

2、GNOF2-DOFHELICOPTEREXPERIMENTALSYSTEMCandidate：ZhaoYanSupervisor：Prof.HuangXianlinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要带旋翼的直升机模拟器是控

3、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

4、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。关键词：直升机；实验系统；旋翼；数据采集卡；RTX-I-AbstractAbstractThe

5、helicopterexperimentalsystemisacommonobjectandanidealexperimentplatform.Allthe2-DOF,3-DOFand6-DOFhelicopterexperimentalsystemsarenonlinearandhighlycoupledbetweenaxes.Astherearepropellersinthesystem,theaerodynamicsshouldbeconsidered.Solotsofscholarsareinterestedinsuchsystem,andwouldliketoapply

6、newideasintothesystem.Inthispaper,weproposedaprocesstobuilda2-DOFhelicopterexperimentalsystem.Beganwiththemechanicalstructureanalyzeanddesign,wegavethreeschemes:buyamodelhelicopterandconstructafoundation;buildasystemwithmodelcomponents;designandbuildallthemechanicalsystem.Andweapplythelastsch

7、emeaftercomparethethreeones.Accordingtothemechanicalsystemandtheintenttobuildsuchasystem,wedesignedtheelectricalsystem,andchoosedtheIPCandDAQasthebasemethod.Wechosetwoencoderstomeasuretheangles.Theactuatorsofthesystemaretwobrushlessmotorswith