小型无人直升机飞行控制器参数自寻优

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1、硕士学位论文小型无人直升机飞行控制器参数自寻优作者姓名张兴志学科专业研究与设计控制理论与控制工程指导教师裴海龙教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年4月SmallunmannedhelicopterflightcontrollerparametersselfoptimizationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangXingzhiSupervisor：Prof.PeiHailongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,C

2、hina分类号：TP273学校代号：10561学号：201520112499华南理工大学硕士学位论文小型无人直升机飞行控制器参数自寻优作者姓名：张兴志指导教师姓名、职称：裴海龙教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：无人直升机控制与应用论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王进委员：裴海龙、谢巍、刘富春、杜启亮摘要本实验室主要研究小型无人直升机的导航控制，并搭载一些摄像头、云台和激光桶，进行一些火灾监测、地形扫描等任务。由于直升机需要经

3、常进行换代更新以及更换搭载设备，会导致系统特性发生变化，就需要重复调参实验来优化控制器参数。因此，为了优化控制器结构，提高系统的鲁棒性，本论文设计了一种参数自寻优算法。使得直升机在特性改变不大的情况下，算法能够根据对象模型的变化自适应调节控制器的参数。本论文研究设计小型无人直升机飞行控制器参数自寻优算法，是基于被控对象模型的控制算法。所以，内容主要包括小型无人直升机系统模型辨识和根据辨识模型设计相应的参数自寻优算法两部分。本文的主要内容如下：（1）理论分析建立小型直升机各通道的简化数学模型。通过分析小型无人直升机各部件的数学模型，了解其工作原理。根据每个通道

4、的工作特性分析，推导出每个通道的简化参数模型。（2）小型直升机各通道模型辨识，根据前面理论分析得到的参数模型，以及对应通道的特性，选择相应的辨识输入以及辨识方法。辨识出相应的参数模型中的未知参数，并验证了前面的理论分析建立的近似简化模型是能够满足精度要求。（3）参数自寻优算法研究设计。根据前面得到的通道的简化模型，设计了一种参数自寻优算法，将控制器参数值映射到闭环系统响应特性上。使得飞控系统能够根据直升机对象特性的改变，相应地调节控制器的参数值来适应新的系统，从而使闭环响应特性保持不变。经过优化后的飞控系统的控制器具有更强的鲁棒性。（4）参数自寻优实验，通过

5、大量仿真与实验得到了算法中闭环特性的最优给定值。验证了当控制通道特性发生变化的时候，该算法能够有效地调节控制器参数值。相比于PID参数值固定不变的控制，经过参数自寻优算法优化后的系统控制的效果有了明显的优化提高。关键词：系统辨识；参数自寻优；小型无人直升机IAbstractOurlaboratorymainlyfocusesonthenavigationcontrolofsmalloil-operatedhelicopters,andcarriessomecameras,heads,andlaserbarrelstoperformtaskssuchasfir

6、emonitoringandterrainscanning.Asthehelicoptersarefrequentlyreplacedbynewergenerationsandreplacedwithon-boardequipment,thecharacteristicsofthesystemwillchange,anditwillbenecessarytorepeattheadjustmentexperimenttoadapttochanges.Therefore,inordertosavevaluablelaborandexperimentalfunds

7、inthelaboratory,thispaperstudiesaparameterself-optimizingalgorithm.Thismakesthehelicopteradaptivelyadjusttheparametersofthecontrolleraccordingtothechangeoftheobjectmodelifthecharacteristicsofthehelicopterdonotchangemuch.Thispapaerstudiesanddesignstheself-optimizingalgorithmforthefl

8、ightcontrollerparametersof