無人機縱向自動控制畢業(yè)設計-資料下載頁
2025-01-16 17:29本頁面
【正文】 性能。因此，如果我們要想在 F點也取得較好的控制性能的話，必須考慮在該點重新設計 PID控制器，這樣無疑會增加我們很多工作量。 我們來看一下智能 PID控制的效果。首先針對 E點采用表中的控制規(guī)則設計了一個智能 PID控制器 并進行仿真，然后，再將所設計好的智能PID控制器用于 F點，得到的俯仰角階躍響應曲線分別下圖所示。 21 圖 智能 PID俯仰角階躍響應（ E點） 圖 智能 PID俯仰角階躍響應（ F點） 通過比較可知，常規(guī) PID有一定的魯棒性，當當對象模型發(fā)生變化時，其控制性還是會受到較大程度的影響，并且很難兼顧穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。因此，智能 PID的優(yōu)越之處 很明顯，不但有力地抑制了超調(diào)，而且調(diào)節(jié)時間也縮短了。 高度控制屬于飛機的重心控制，在飛機的編隊飛行、執(zhí)行轟炸任務、遠距離巡航及進場著陸時的初始階段等都要保持高度的穩(wěn)定。無人機的高度保持與控制是不能僅靠其俯仰角的穩(wěn)定與控制來完成的。當飛機受到縱向常值干擾力矩時，硬反饋式角穩(wěn)定系統(tǒng)存在著俯仰角及航跡傾斜角靜差，角穩(wěn)定系統(tǒng)雖能保持飛行器在垂風氣流作用下的俯仰角穩(wěn)定，但幾秒鐘后飛行速度向量將偏離原方向，產(chǎn)生高度漂移。另外，在俯仰角穩(wěn)定的動態(tài)過程中，如果航跡傾斜角變化量平均值不為零，也會引起飛行高度的改變。所以高度保持系統(tǒng)需要有測量相對于給定高度偏差的測量裝置 — 高度差 傳感器，如氣壓高度表、無線電高度表和大氣數(shù)據(jù)傳感器等。將高度偏差信號輸入俯仰角控制系統(tǒng)，控制飛機的姿態(tài)，改變飛機航跡傾斜角，控制飛機的升降，直至至高度差為零，使飛機回到預定高度。 高度傳感器信號 圖 高度控制系統(tǒng)原理圖 控制器 俯仰內(nèi)回路 無人機 高度微分反饋 高度反饋 22 ω2 圖 高度系統(tǒng)控制律 對于高度控制回路而言，高度偏差信號和高度變化率的反饋，可以滿足在一個飛行狀態(tài)高度階躍響應的要求，然而考慮到無人機在整個包線范圍內(nèi)不同的平衡狀態(tài)變化，我們還需要加一個積分環(huán)節(jié)，以保證無人機的無靜差飛行。這樣，無人機高度控制系統(tǒng)的控制律就可以表示成 : u = K2?( ? ? ?)+K2ω2 ω2 + K2 ( H ? H)K2 H 當采用常規(guī) PID控制時 ,K2? = K + K ? 1s + K s 這里，我們還要特別強調(diào)一點，在高度控制系統(tǒng)中，相對于給定高俯仰角的偏離 信號反饋是至關(guān)重要的。若控制中沒有俯仰角的偏離信號，則在高度穩(wěn)定過程中舵總是向上偏轉(zhuǎn)，導致升力增量總為正，軌跡總是向上彎曲。當無人機到達給定高度時，由于速度向量不在水平位置而超越給定高度，出現(xiàn)正的高度差，到了這時舵向下偏轉(zhuǎn)，這樣就不可避免地出現(xiàn)在給定高度線上的振蕩運動。當引入俯仰角偏離信號后，無人機在未達到給定高度時就提前收回舵面，減小了它的上升率，從而對高度的振蕩起了一定的阻尼作用。在實際系統(tǒng)中，我們通常還需要加入俯仰角指令限幅器。另 外，在實際測量高度差信號時，高度傳感器存在著大氣干擾或地形干擾。這些干擾對伺服回路的工作狀態(tài)有著惡劣的影響。因此我們有必要在高度控制回路中設置高度濾波器。由于陸地地形和海面地形的差異，高度傳感器所適用的濾波器也各不相同，一般分為無線電高度濾波器和海浪濾波器。 要特別說明的一點是，當無人機在作縱向機動飛行時，應該把定高系統(tǒng)斷開，否則會影響到它的縱向機動能力。 控制律的仿真： 在設計基于 PID控制的無人機高度控制系統(tǒng)時，我們通常只需保持K2 K2? 舵機 無人機縱向模型 K2ω2 S K2 23 原來所設計的俯仰姿態(tài)回路不變，然后在此基礎(chǔ)上設計基于 PID控制的高度保持 /控制外回路就可以了。無人機基于 PID控制的高度控制系統(tǒng)的 Simulink仿真框圖如圖所示 :(己知輸入的高度指令階躍信號為 50m) + + 高度 俯仰角 速率 圖 基于 PID的高度控制系統(tǒng)仿真圖 如前文所述，我們?nèi)砸灾锌蘸透呖沼蛑械臓顟B(tài)點 A和 C作為基準狀態(tài)點，分別設計了基于常規(guī) PID和智能 PID的高度控制器。然后將所設計好的控制器分別用于 A點附近的 B點和 C點附近的 D點。全部仿真結(jié)果分別如下所示 圖 常規(guī) PID下高度階躍響應（ A點） 圖 智能 PID高度階躍響應（ A點） PID PID ?10s+ 10 X=Ax+Bu Y=Cx+Du 4s4s+ 1 k 24 圖 常規(guī) PID高度階躍響應（ C點） 圖 智能 PID高度階躍響應（ C點） 圖 常規(guī) PID高度階躍響應（ D點 ） 圖 智能 PID高度階躍響應（ D點） 由上圖可知，智能 PID控制能大大抑制超調(diào)，并能縮減調(diào)節(jié)。 25 第五 章 總結(jié) 與展望 本 文 主要討論了基于常規(guī) PID和智能 PID的縱向飛行控制系統(tǒng)的組成、設計方案、控制結(jié)構(gòu)以及飛行控制律的設計。對在低空、高空、高高空下的俯仰姿態(tài)保持模態(tài)分別設計了常規(guī) PID和智能 PID控制律，并分析了仿真結(jié)果。又分別設計了高度保持模態(tài)下的常規(guī) PID和智能PID控制律。結(jié)果顯示了常規(guī) PID的有效性和智能 PID的優(yōu)越性。 縱觀近年來智能 PID控制的發(fā)展，可以歸結(jié)出以下特點 :智能復合控制成為提供和改善智能控制性能的有效途徑，并成為研究的重點。近年來，模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)合代表著控制與智能系統(tǒng)研究的一個新的趨勢，另外有一個值得注意的動向是利用遺傳算法 GA對神經(jīng)網(wǎng)絡的 PID控制器的權(quán)系數(shù)進行尋優(yōu)，而將遺傳算法應用于模糊控制，被證明是調(diào)整規(guī)則和隸屬函數(shù)的一種有效方法。 PID控制重新受到廣泛的重視，并和智能控制等方法結(jié)合，形成新一輪的研究熱潮。國際著名學術(shù)刊物 IEEE Control Systems Magazine于 2022和 2022年出版了 PID控制特輯。 2022年， IFAC數(shù)字控制工作組在西班牙舉行了 PID控制學術(shù)會議。國際著名控制理論學者 Astrom教授指出， PID控制器在未來的控制工程中仍占有舉足輕重的地位。 26 ※ ※ ※ ※ ※ 致謝 在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導師 宋輝 的指導與督促，同時感謝 他的諒解與包容。沒有 宋 老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的 導師 ，謝謝他在這四年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回報，無私奉獻的精神很讓我感動，再次向他表示由衷的感謝。在這四年的學期中結(jié)識的各位生活和學習上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝。 謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻給你們！ 本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學術(shù)界的前輩們致敬！ 參考文獻 1.《自動控制原理》 謝克明 電子工業(yè)出版社 2.《飛行自動控制系統(tǒng)》 肖順達 國防工業(yè)出版社 3.《現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)》 文傳源 北京航空航天大學出版社 4.《智能控制理論與技術(shù)》 孫增圻 清華大學出版社 5.《先進 PID控制及其 MATLAB仿真》 劉金琨 電子工業(yè)出版社 6.《飛行實時仿真系統(tǒng)與技術(shù)》 王行仁 北京航空航天大學出版社
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1