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研究生： 劉家昇
CHIA-SHENG LIU
論文名稱： 雙旋轉翼直昇機模型LQR控制
Attitude Control of a Two Rotor Helicopter Model with LQR Control
指導教授： 施慶隆
Ching-Long Shih
口試委員: 許新添
Hsin-Teng Hsu
黃志良
none
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 67
中文關鍵詞： LQR 、雙旋轉翼 、PID 、控制穩定 、直昇機
外文關鍵詞： LQR, PID, stabilization, helicopter, TMRS
相關次數： 點閱：273  下載：3 
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    • 本論文主要討論雙旋轉翼直升機模型系統的數學模型和LQR控制方法。雙旋轉翼MIMO直升機系統的數學模型係利用Lagrange動態方程式來推導，並分析系統旋轉翼的推力變化曲線。基於系統之線性化模式，設計PID控制器和LQR控制器進行姿態穩定控制、排除干擾以及追蹤控制。經由模擬和實驗結果可以驗證本文所提出線性控制方法之可行性。

    In this thesis, the mathematical model and LQR control of a two rotors helicopter model system is studied. The mathematical model of the twin rotor MIMO helicopter system is derived from Lagrange dynamics, and it’s propeller thrusts are analyzed. Based on the linearized model, a PID controller and LQR controller are designed for stabilization control, disturbance rejection and tracking control. Computer simulations and experimental results are performed to check the feasibility of the proposed linear control methods.

    目 錄 頁次 摘 要………………………………………………………………Ⅰ 目 錄………………………………………………………………II 圖表索引………………………………………………………….Ⅳ 第一章 緒論 ……………………………………………………………........1 1.1 研究動機……………………………………………………..1 1.2 參考文獻……………………………………………………..2 1.3 論文架構……………………………………………………..2 第二章 數學模式………………………………………………………..........4 2.1 系統描述……………………………………………………..4 2.2 數學模式及狀態方程式……………………………………..6 第三章 系統之軟硬體架構描述………………………..……16 3.1 dsPIC數位訊號控制器………………………………………16 3.1.1 主程式控制流程………………………………………...18 3.1.2 中斷控制流程…………………………………………...19 3.1.3 設計控制器……………………………………………...20 3.2 直流馬達驅動電路……………………………………….…22 3.2.1 HIP4080A………………………………………………...23 3.2.2 光耦合器電路…………………………………………...26 第四章 系統控制器設計………………………………..……29 4.1 定位控制器……………………………………………….…29 4.1.1 PID控制器模擬………………………………………..…29 4.1.2 LQR控制器模擬…..……………………………………..35 第五章 模擬與實驗結果……………………….…………….42 5.1定位控制………………………………………………………42 5.2 干擾排除…………………………………………………….55 5.3 弦波追蹤控制……………………………………………….58 5.4 實驗結果比較……………………………………………….61 第六章 結論與未來展望………………………………..……63 6.1 結 論…………………………………………………………63 6.2 未來展望…………………………………………………….64 參考文獻………………………………………………………….65 圖表索引 圖2.1 直昇機模型…………………………………………………….............5 圖2.2 俯仰角定位點脈波值定義……………………………....6 圖2.3 圖2-3 直昇機模型示意圖……………………………..…7 圖2.4 尾翼直流馬達推力/電壓曲線圖…………………………12 圖2.5 主翼直流馬達推力/電壓曲線圖…………………………13 圖3.1 dsPIC30F6014及其周邊電路板實圖…………………...17 圖3.2 MPLAB整合研發環境….…………………………….……17 圖3.3 主程式控制流程………………………………….……18 圖3.4 編碼器位置讀值中斷流程………………………..…...19 圖3.5 尾旋翼轉向中斷流程……………………………….…20 圖3.6 PID控制流程圖……………………………………………21 圖3.7 LQR控制流程圖……………………………………………21 圖3.8 驅動模組電路圖………………………….………………22 圖3.9 HDEL/LDEL電阻和DELAY TIME的關係圖……………..…24 圖3.10 HIP4080A功能方塊圖……………………….………….25 圖3.11 HIGH SIDE CHOP模式下的輸出波形…………………..26 圖3.12 光耦合器電路………………………………………..…27 圖3.13 直流馬達驅動板……………………….……………….28 圖4.1 直昇機模型系統PID 控制器閉迴路系統…………….…30 圖4.2 直昇機模型系統PID SIMULINK模擬圖………………….30 圖4.3 採用PID控制器定位於9°模擬圖………………….…….31 圖4.4 採用PID控制器定位於0°模擬圖…………………………32 圖4.5 採用PID控制器定位於-15°模擬圖………………………33 圖4.6 採用PID控制器改變俯仰角定位點模擬圖………………34 圖4.7 直昇機模型系統LQR SIMULINK模擬圖………………….36 圖4.8 採用LQR控制器定位於9°模擬圖…………………………37 圖4.9 採用LQR控制器定位於0°模擬圖…………………………38 圖4.10 採用LQR控制器定位於-15°模擬圖……………….……39 圖4.11 採用LQR控制器改變偏航角定位模擬圖………….……40 圖5.1 PID定位控制模擬圖(0 °，0 °)………………………..44 圖5.2 PID定位控制響應圖(0 °，0 °)………….…………….44 圖5.3 LQR定位控制模擬圖(0 °，0 °)……………………..45 圖5.4 LQR定位控制響應圖(0 °，0 °)………………………..46 圖5.5 PID定位控制模擬圖(0 °，9 °)……………….…….…47 圖5.6 PID定位控制響應圖(0 °，9 °)……….…………….…47 圖5.7 LQR定位控制模擬圖(0 °，9 °)………………………..48 圖5.8 LQR定位控制響應圖(0 °，9 °)…………………………49 圖5.9 PID定位控制模擬圖(0 °，-15 °)………………….….50 圖5.10 PID定位控制響應圖(0 °，-15 °)………………….…50 圖5.11 LQR定位控制模擬圖(0 °，-15 °)…………………….51 圖5.12 LQR定位控制響應圖(0 °，-15 °)…………………….52 圖5.13 PID改變尾翼定位控制模擬圖…………………...……53 圖5.14 PID改變尾翼定位控制響應圖……………………...…53 圖5.15 LQR改變尾翼定位控制模擬圖…………………….…..54 圖5.16 LQR改變尾翼定位控制響應圖………………………...55 圖5.17 PID控制器排除偏航角干擾響應圖…………………...56 圖5.18 PID控制器排除俯仰角干擾響應圖…………………….56 圖5.19 LQR控制器排除偏航角干擾響應圖…………………….57 圖5.20 LQR控制器排除俯仰角干擾響應圖…………………….58 圖5.21 PID控制器偏航角追蹤控制響應圖…………………...59 圖5.22 PID控制器俯仰角追蹤控制響應圖…………………...59 圖5.23 LQR控制器偏航角追蹤控制響應圖…………………...60 圖5.24 LQR控制器俯仰角追蹤控制響應圖…………………...61 表2.1 直昇機模型系統參數…………………………………..…8 表2.2 尾旋轉翼推進實驗數據資料…………………………….12 表2.3 主旋轉翼推進實驗數據資料…………………………….13

    參考文獻
    [1] Feedback,Twin Rotor MIMO System,Advanced Teaching Manual 1 33-007-4M5
    [2] Ahmad, S.M., Chipperfield, A.J., Tokhi, M.O., “Modelling and control of a twin rotor multi-input multi-output system,” American Control Conference, Vol.3, pp. 1720 - 1724, June 2000.
    [3] Ahmad, S.M., Chipperfield, A.J., Tokhi, M.O., “Dynamic modeling and optimal control of a twin rotor MIMO system,” National Aerospace and Electronics Conference, NAECON 2000. Proceedings of the IEEE 2000, pp. 391 – 398, Oct. 2000.
    [4] Ahmad, S.M., Chipperfield, A.J., Tokhi, M.O., “Dynamic modelling and control of a 2-DOF twin rotor multi-input multi-output system,” Industrial Electronics Society, 26th Annual Confjerence of the IEEE, Vol 2, pp. 1451 - 1456, Oct. 2000.
    [5] Juhng-Perng Su, Chi-Ying Liang, Hung-Ming Chen, “Robust control of a class of nonlinear systems and its application to a twin rotor MIMO system” Industrial Technology, IEEE ICIT '02. 2002 IEEE International Conference, Vol 2, pp. 1272 - 1277, Dec. 2002.
    [6] M. Sugeno , H. Winston , I. Hirano,and S. Kotsu.” Intelligent Control of an Unmanned Helicopter Base on Fuzzy Logic“ ,American Helicopter Society 51 Annual Forum, Vol.1, pp. 791~803, 1995.
    [7]廖向生，“室內小型直昇機控制系統之建立”，國立交通大學電機與控制工程研究所碩士論文，2002。
    [8]林哲生，“利用FPGA 晶片實現無人飛行載具姿態控制系統”，國立成功大學航空太空研究所碩士論文，2001。
    [9]蘇宗志，”遙控直昇機飛行控制測試系統之建立”，國立成功大學航空太空研究所碩士論文，1996。
    [10]洪啟超，”遙控直昇機增穩系統設計與製作”，國立成功大學航空太空研究所碩士論文，1997。
    [11]葉致青，”以FPGA晶片實現遙控直昇機之模糊控制器”，國立成功大學航空太空研究所碩士論文，2004。
    [12]林明峰，”模型直昇機姿態控制”，國立中央大學電機所研究所碩士論文， 2001。
    [13]王俊傑，”模糊增益調製積分控制於非線性雙旋轉翼多輸入\輸出系統之應用”，國立雲林科技大學電機所研究所碩士論文， 1999。
    [14]黃明德，”基因演算法與PID控制法於非線性雙旋轉翼多輸入多輸出系統之應用”， 國立台灣海洋大學航運技術所研究所碩士論文， 2002。
    [15]盧韋志，”復合式滑動模式控制於雙旋轉翼系統之應用與實作”，國立雲林科技大學電機所研究所碩士論文， 1999。

    無法下載圖示 全文公開日期 2006/07/15 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)
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