3。1。2 滚动轴建模 6

3。1。3 偏航方向建模 6

3。2 系统模型确立与状态方程 7

3。2。1 系统模型 7

3。3 数学模型分析 8

3。3。1 稳定性 8

3。3。2 可控性 9

3。3。3 可观性 10

3。4 本章小结 10

4。三度自由直升机控制系统的设计和实现 11

4。1 PID 控制器 11

4。1。1 PID 控制器简介 11

4。1。2 PID 控制器的设计、实现和仿真 12

4。1。3 小结 18

4。2 LQR 调节器 18

4。2。1 最优控制与线性二次型 18

4。2。2 LQR 调节器的设计和实现 18

4。2。3 LQR 调节器仿真与实时控制 20

4。2。4 PID 与 LQR 调试对比分析 22

4。2。5 系统误差分析 23

4。3 本章小结 23

5。三度自由直升机姿态稳定控制及信号跟踪 24

5。1 对于不同信号的跟踪情况 24

5。2 一些存在的控制问题 26

第 II  页 本科毕业设计说明书

5。3 本章小结 27

总结 28

致谢 29

参考文献 30

附录 A：俯仰通道和滚动通道 LQR 仿真文件 31

1。引言（或绪论）

本章介绍了三度自由直升机控制实验平台，阐述了其研究背景与意义，同时介绍了本文 的主要工作与安排。

1。1 选题背景与研究意义

直升机的优势在我们的实际生活中有很多方面，比如医疗，急救，军事，侦察等。直升 机的发展前景非常可观，21 世纪直升机作为每个国家越来越重视的机种，在各方面发挥着越 来越重要的作用。2008 年汶川大地震，直升机在抗震救灾中发挥了不可替代的重要作用。但 是我们也能看到，这次国家投入的直升机不仅数量十分有限（我国人均直升机拥有量仅仅只 有世界平均水平的 1/35[1]。从救灾中我们可以看到能够克服较为困难的条件的一般都是外国 如德国美国的飞机，国内机种还没有到达同一水品。论文网

国内学者研究三度自由直升机在设备的引进上基本差不多，并且研究成果都有了不错的 成绩。图所示的是加拿大 Quanser 公司生产的一种 3-DOF 直升机模型，如图 1 所示：

图 1。加拿大 Quanser 公司生产的一种三自由度直升机模型

固高公司研发的三自由度直升机模型 GHP2002 和上述加拿大 Quanser 公司生产的三自 由度直升机模型结构相似，这两种模型在国内高校中应用比较广泛。国内有基于模糊 PID 控 制的[2]，有基于嵌入式设计的[3,4]，有关于 ADS 扰动的[5,6]，也有关于轨迹跟踪控制[7]的。 1。2 研究综述与问题

在飞行器设计与研究过程中，往往需要对实验理论进行仿真验证，从而提高研究效率和 实验成功率。对三自由度直升机系统模型进行研究一方面可以加深对较为典型的直升机飞行 器控制方法的理解。