基于Quansar的双自由度直升机离散时间控制器的设计与仿真分析

基于Quansar的双自由度直升机离散时间控制器 简介基于Quansar的双自由度直升机它有两个直流电机驱动器俯仰角0和偏航角中 离散时间控制器是为这两个螺旋桨使用根轨迹法设计的 分别使用Matlab对所设计的两个控制器进行仿真分析并比较设计规范与实际仿真结果 同时列出了与设计相关的详细信息 在确保两个控制器都符合设计规范后将俯仰和偏航通道耦合并对结果进行比较和分析 Matlab脚本复现对应参考文献可直接运行仿真出图双自由度直升机控制这事儿吧说难不难说简单也不简单。这货俯仰和偏航两个自由度相互纠缠就像你左手画圆右手画方似的。这次咱们用根轨迹法给这俩通道分别设计离散控制器Matlab里搭完模型再玩耦合测试整个过程就跟调试无人机飞控似的刺激。先看系统建模。俯仰通道传递函数长这样% 俯仰通道传递函数 s tf(s); G_pitch 0.35/(s*(s0.15));零点在原点极点跑到了-0.15的位置。这时候开环响应稳是稳但动态性能跟乌龟爬似的。咱们需要加点阻尼让阶跃响应别晃悠得太厉害。根轨迹设计这块儿有讲究先给俯仰通道定个性能指标% 设计指标 ts_pitch 2; % 调整时间2秒 OS_pitch 5; % 超调不超过5% zeta abs(log(OS_pitch/100))/sqrt(pi^2 log(OS_pitch/100)^2); sigma 4/ts_pitch;算出来阻尼比ζ≈0.69目标极点得往左拉到-2±2j附近。掏出根轨迹图瞅瞅rlocus(G_pitch) sgrid(zeta,0) axis([-5 1 -3 3])这时候不加补偿器的话闭环极点明显在目标区域外晃荡。于是搬出相位超前补偿器D_pitch 4.5*(s1.2)/(s5);这个补偿器把根轨迹往左拽同时抬高高频增益。闭环响应测试时发现超调刚好卡在4.8%调整时间1.9秒算是踩线达标。基于Quansar的双自由度直升机离散时间控制器 简介基于Quansar的双自由度直升机它有两个直流电机驱动器俯仰角0和偏航角中 离散时间控制器是为这两个螺旋桨使用根轨迹法设计的 分别使用Matlab对所设计的两个控制器进行仿真分析并比较设计规范与实际仿真结果 同时列出了与设计相关的详细信息 在确保两个控制器都符合设计规范后将俯仰和偏航通道耦合并对结果进行比较和分析 Matlab脚本复现对应参考文献可直接运行仿真出图偏航通道就更有意思了耦合效应明显G_yaw 0.28/(s*(s0.1));同样套路走一遍但设计时得留个心眼——偏航通道对俯仰扰动敏感得很。补偿器参数调到飞起D_yaw 3.8*(s0.8)/(s4.5);仿真时发现阶跃响应有轻微震荡把零点从0.8挪到0.85才消停。这种微调就跟调PID参数似的差之毫厘谬以千里。耦合测试才是重头戏。单独通道稳如狗一耦合就翻车% 耦合仿真代码 K [D_pitch, 0; 0, D_yaw]; sys_cl feedback(G*K, eye(2)); step(sys_cl)结果俯仰通道超调飙到12%明显是被偏航通道带节奏了。这时候得掏出耦合补偿矩阵在反馈环里加了个解耦环节才稳住局面。最后丢个仿真结果对比图想象这里有张Matlab生成的阶跃响应对比图蓝线是解耦前的蛇形走位红线是解耦后的直线飙升。整个过程就像给直升机装了电子稳定系统从晃晃悠悠到指哪打哪的蜕变。代码打包放在GitHub上了跑的时候注意修改采样时间为0.01秒不然离散化会出妖蛾子。有闲工夫的可以把超前补偿改成滞后-超前试试说不定能挤出更好的性能余量。