《基于rbfarx模型的lqr控制器在四旋翼飞行器系统中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于rbfarx模型的lqr控制器在四旋翼飞行器系统中的应用（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分类号 U DC 密级 编号 串I 初大学 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目： 学科、专业： 研究生姓名： 导师姓名及 专业技术职务 基i 尽量叁隧模型的L Q R 控制器 焦旦撬翼飞行器系统中的应用 攮烈斛学量墨焦 陈请 乾舞熬一撬 i l l p M ST H E S I S ： A p p l i c a t i o no fR B F A R XM o d e l - b a s e dL Q R C o n t r o lo n Q u a d - - R o t o rH e l i c o p t e rS
2、 i m u l a t o r S p e c i a l t y ：C o n t r o lT h e o r ya n dC o n t r o lE n g i n e e r i n g M a s t e rd e g r e es t u d e n t ：Q i n gC H E N S u p e r v i s o r ：P r o f P e n gH u i S c h o o lo fI n f o r m a t i o nS c i e n c e E n g i n e e r i n g C e n t r a lS o u t hU n i v e r s
3、 i t y C h a n g s h a ，H u n a nP r o v i n c e ，C h i n a M a y , 2 0 1 1 i 孽l 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：璁基 日期： 鲨翌年上月且日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有
4、权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：璺导师签 ：4 年上月孚日 摘要 四旋翼飞行器是当今研究的一个热门方向。作为一个多输入多输 出的非线性带耦合对象，对其的分析和研究是极具意义的。 以往对于四旋翼传统的研究方法是基于物理模型的，通过机理分 析来得到微分方程，进而建立数学模型。这样的方法有着不可避免的 弊端，物理参数难以精确测量，在建模过程中也存
5、在着一些简化与线 性化处理。这些也直接影响了模型的精确性。 为了克服传统的机理模型的缺点，辨识模型方法在四旋翼上得到 了运用。A R X 模型是一个常见的线性模型，在局部线性区间内的近 似效果是十分出众的。为了描述四旋翼这样的典型的非线性对象，采 用多个A R X 模型组合的方法。将四旋翼的工作区间进行划分，在每 个单独的子区间内采用一个A R X 模型来表征其特性，最后，通过合 理的切换机制来实现全局的逼近目的。R B F - - A R X 模型是一种具有 A R X 模型结构的非线性时变模型。它的白变量是一组表征系统非线 性状态的信号量，采用R B F 神经网络结构对模型参数进行实时在线
6、 调整。与A R X 模型一样，R B F A R X 模型在局部的线性区间内有着 优越的近似效果，另外它的参数能自己更新自调整，因此，它还有全 局适应的特性o L Q R 是最优控制中比较典型的一种控制方法，依赖于状态空间方 程，通过最优状态反馈控制来达到预期的控制效果。基于上述的三种 模型，本文分别对其进行了L Q R 控制器设计，并进行了仿真与实时 控制。 实验结果表明，在各模型下，系统均能较快地跟随给定变化而变 化。通过对比分析，R B F - - A R X 模型具有快速响应，精准和稳定的 控制效果。 关键字四旋翼，A R K ，R B F A R X ，L Q R A BS T R
7、 A C T A saM I M On o n l i n e a rc o u p l i n gs y s t e m ，t h eq u a d r o t o ri sah o t r e s e a r c ht o p i ci nr e c e n td a y s ，a n di ti sm e a n i n g f u lt oh a v eas t u d yo ni t I nt h ep a s t ，m o s to ft h es t u d yo ft h eq u a d r o t o rw a sb a s e do nt h e t r a d i t
8、i o n a lp h y s i c a lm e t h o d s T h em a t hm o d e l sw e r ee s t a b l i s h e do nt h e d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n s d e d u c e d b y m e c h a n i s m a n a l y s i s T h e r e a r e i n e v i t a b l ed e f e c t so ns u c ham e t h o d T h ep h y s i c a lp a r a m e t e r
9、 sa r eh a r dt o b ep r e c i s e l ym e a s u r e d ，a n ds o m es i m p l i f i c a t i o n sa n dl i n e a r i z a t i o n sa r e m a d ei nt h ep r o c e s so fm o d e l i n g ，a n ds o m eo t h e ra s p e c t s ，w h i c hi na l lh a s i m p a c t so nt h ea c c u r a c yo ft h em o d e l I no
10、r d e rt og e ta w a yo ft h e s ed i s a d v a n t a g e so ft h ep h y s i c a lm e t h o d ， t h ei d e n t i f i c a t i o nm e t h o di sp r o p o s e da n da p p l i e do nt h eq u a d r o t o r T h e A R Xm o d e li sac o m m o n l yu s e dl i n e a rm o d e l ，w h i c hh a sa ne x c e l l e
11、n t p e r f o r m a n c ei na p p r o x i m a t i o ni nal i n e a rs p a c e S oa st or e p r e s e n tt h e n o n l i n e a ro b j e c t ，t h eq u a d - r o t o r , ab u n c ho fA R X m o d e l sa r ea d o p t e d T h ew o r ks p a c eo ft h eq u a d r o t o ri sl i n e a r l yd i v i d e d ，a n d
12、i ne a c hl i n e a r s u b s p a c et h e r ei sa nA R X m o d e lt or e p r e s e n ti t sc h a r a c t e r i s t i c s T h e na a p p r o p r i a t es w i t c h i n gm e c h a n i s mi sa p p l i e dt Oa c h i e v et h eg o a lo fg l o b a l m o d e l T h eR B F - A R Xm o d e li san o n l i n e
13、a rt i m e - v a r y i n gm o d e lw h o s e s t r u c t u r er e s e m b l e st h eA R Xm o d e l I t si n d e p e n d e n tv a r i a b l e sa r eg r o u p s o fs i g n a l s i n d i c a t i n gt h en o n l i n e a rs t a t u so ft h es y s t e m ，a c c o r d i n gt o w h i c hi t sm o d e lp a r a
14、 m e t e r sC a nb ep r o m p t l ya d j u s t e dt ot h eb e s tb y t a k i n g t h ea d v a n t a g e so ft h eR B Fn e u r a l n e t w o r k O w i n gt o t h e s e l f - a d j u s t i n gp a r a m e t e r s ，t h e R B F A R Xm o d e ln o t o n l y h a sa n o u t s t a n d i n ga p p r o x i m a t
15、 i o ni nl o c a ll i n e a rs p a c e ，b u ta l s oh a ss u p e r i o r g l o b a lp e r f o r m a n c e T h eL Q Ri sat y p i c a lm e t h o di nt h eo p t i m a lc o n t r o lt h e o r y , w h i c h d e p e n d so nt h es t a t e - s p a c ee q u a t i o n s ，a n di ta c h i e v e st h ed e s i r
16、 e dg o a lb y s t r u c t u r i n g a n o p t i m a l s t a t ef e e d b a c kc o n t r o l l o o p B a s e d o nt h e m e n t i o n e d3m o d e l s ，t h ed e s i g no ft h eL Q Rc o n t r o l l e r so r ep r e s e n t e di n t h i sp a p e r , a n dt h es i m u l a t i o na n dr e a l t i m ec o n t r o le x p e r i m e n t sh a v e b e e nc a r d e do u t 1 1 1 T h er e a l t i m ec o n t r o lr e s u l t ss h o
