直升机控制系统实验报告

无人直升机飞行控制系统设计报告摘要：本文介绍了用于无人直升机控制的飞行控制系统结构和分部分的主要性能，详细阐述了系统设计方案以及设计思想。

一整体系统描述整个系统可以分为机载部分和地面部分，机载部分负责维持飞机的稳定飞行并提供图像信息给地面部分，地面部分根据飞机的状态以及得到的图像信息作出下一步飞行的目标规划并发送给机载部分，同时为了确保安全，防止自主飞行机构失控，添加了可由操作手控制的控制器。

地面部分与机载部分之间有两条数据链路——负责传送图像和传送飞行状态和指令。

图像传送的数据链路通过购买成品解决，另外负责传送飞行状态和指令的部分也已经有方案可以解决（目前正在开发的部分虽然包括扩频通信，但是由于技术原因不能确保在比赛中的可用性，所以这部分只是作为研究性的项目）。

地面部分可以分为地面站和图像处理平台，前者与机载飞行控制器通讯以发送控制命令并获得飞机状态信息，后者获取机载摄像头的图像并做处理以搜寻比赛目标。

机载部分将在后一部分详述。

二飞机内部系统描述为了完成自主飞行任务，飞机需要相关功能部件完成对飞机状态信息的采集、对执行部分的控制以及对地面站命令的响应等功能。

在无人机上，替代飞行员或操作手完成飞行任务的自主机构包括图像设备、飞控模块、高度测量、舵机控制、数据链路以及航姿仪等，如下图所示：图像设备飞控模块高度测量舵机控制数据链路航姿仪各个模块之间相对独立，均可单独完成一定的功能，模块之间的相互连接采用总线实现，硬件上采用PC104标准，便于安装和系统集成。

虽然采用的总线是较可靠的通讯标准，但是在直升机实际飞行的环境中存在震动、电磁等干扰因素，可能影响到数据传输的可靠性，为了保证正确的数据传输，采用了两套互为备份的总线系统——422总线和CAN总线。

422总线为现有UAV系统采用的标准，具有技术较成熟的优势；CAN总线对于数据包的传送更为方便，克服了422只能采用主从模式以及工作在轮询模式的缺点，并且具有更高的数据传输速度，是一种较新的标准，使用CAN总线也是对系统方案升级的尝试。

一、实习背景随着航空工业的不断发展，飞机操纵系统作为飞机安全运行的重要保障，越来越受到人们的关注。

为了深入了解飞机操纵系统的原理和结构，提高自身的专业素养，我于近期参加了飞机操纵系统实习。

二、实习内容本次实习主要围绕以下几个方面展开：1. 飞机操纵系统概述首先，我们了解了飞机操纵系统的基本概念、作用及分类。

飞机操纵系统主要包括纵向操纵系统、横向操纵系统和航向操纵系统，它们分别负责飞机的俯仰、滚转和偏航运动。

2. 飞机操纵系统组成及工作原理在了解了飞机操纵系统概述后，我们进一步学习了其组成及工作原理。

以纵向操纵系统为例，它主要由驾驶杆、手操纵机构、传动机构、舵面等组成。

飞行员通过操纵驾驶杆，使手操纵机构产生相应的信号，传动机构将信号传递至舵面，从而实现飞机的俯仰运动。

3. 飞机操纵系统类型及特点实习过程中，我们学习了不同类型飞机操纵系统的特点。

例如，电传操纵系统具有高可靠性、良好的操纵性能和较小的维护成本；液压操纵系统具有较大的操纵力矩和较长的使用寿命。

4. 飞机操纵系统故障分析与排除为了提高应对飞机操纵系统故障的能力，我们学习了故障分析及排除方法。

通过分析故障现象，找出故障原因，并采取相应的措施进行排除。

三、实习体会通过本次实习，我深刻认识到飞机操纵系统在飞机安全运行中的重要性。

以下是我在实习过程中的几点体会：1. 理论与实践相结合在实习过程中，我深刻体会到理论知识与实践操作的重要性。

只有将理论知识与实际操作相结合，才能更好地掌握飞机操纵系统的原理和结构。

2. 安全意识飞机操纵系统故障可能导致严重后果，因此在实习过程中，我始终保持着高度的安全意识，严格遵守操作规程。

3. 团队协作在实习过程中，我学会了与团队成员协作，共同完成各项任务。

这使我认识到团队协作在完成工作过程中的重要性。

4. 持续学习航空工业发展迅速，飞机操纵系统技术也在不断更新。

因此，我意识到持续学习的重要性，以便跟上行业发展的步伐。

目录摘要 (1)第一章实验目的 (2)第二章自动控制理论 (2)2.1自动控制 (2)2.2PID控制器 (2)第三章直升机系统 (3)3.1实验装置 (2)3.2建模和仿真 (2)3.3PID控制实验 (2)第四章总结 (5)4.1控制系统的仿真和实验 (5)4.2不足与展望 (5)第五章人员分工 (5)参考文献 (5)摘要三自由度实验室直升机模型是典型的高阶多输入输出系统, 具有较强的通道耦合和非线性特性, 其俯仰, 倾斜和旋转三轴运动方程, 能够部分模拟实际直升机的飞行特性, 是控制理论教学和研究的有力工具.在了解了试验系统的物理特性基础上，建立了系统的数学模型，并利用matlab环境，设计了适合该实验的PID控制器，对直升飞机飞行的高度及飞行速度实现了实时控制。

实验结果表明，其控制效果达到了预定的指标。

第一章实验目的GHP三自由度直升飞机系统（简称直升机系统）是固高科技有限公司为全方位满足我们智能科学技术等工科专业在自动控制课程的教学需要而研制、开发的实验教学平台。

作为我专业实践自动控制的实验系统，可以满足我们自控原理、现代控制理论、控制系统和计算机控制系统课程设计的需求。

熟悉、剖析、设计、实现直升机实验系统，获得对智能系统的基本结构及其各个组成单元的基本认识。

掌握PID控制、PID参数整定等自动控制理论。

学会运用MATLAB/Simulink 来搭建系统仿真，并在Simulink环境下实现实时控制。

学会将仿真结果与实验相结合，了解仿真和实际系统的区别与联系。

掌握调试PID控制器的方法，使控制效果达到最好。

第二章自动控制理论2.1自动控制1788年英国科学家James Watt为设计内燃机设计的飞锤调速器可以认为是最早的反馈控制系统的工程应用。

图2.1 飞锤调速器自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置（控制器）使被控对象（如生产过程中的位移、速度、温度，电力系统中电压、电流、功率等物理量或某些化合物的成分等），依照预定的规律进行运动或变化。

直升机飞行控制系统研究与实践在现代航空工业中，直升机一直扮演着重要的角色，可以完成地面上的运输，海上救援以及悬停观察等各种任务。

但是直升机的复杂机理和高难度操作增加了飞行的风险，所以研发直升机飞行控制系统变得尤为重要。

现在，我们将深入探讨直升机飞行控制系统的研究与实践。

首先，我们需要了解直升机的工作原理。

与传统的固定翼飞机不同，直升机通过旋翼来产生升力和推力，实现飞行。

因此，直升机的控制技术复杂度极高，需要运用自动化控制系统才能完成定位、悬停甚至是自主飞行。

目前，直升机的飞行控制系统主要分为机械方式和电子方式。

机械方式又有机械薄膜控制方式和液压控制方式。

液压控制方式是直升机飞行控制系统的一种传统设计，主要采用机械电压、电流、信号电压、电动机转速和发动机功率等参数进行传递，控制机械转动和引擎的牵引力，可以说是一种物理控制手段。

而电子方式则主要是通过计算机处理和控制马达的电子信号来进行更为智能化的控制。

然而，液压控制方式虽然可靠，但是效率低下、噪音高等问题让其逐渐退出了市场。

电子方式则成为了更加主流的选择，目前的主要设计就是采用内置传感器、数字信号处理器、动态遥测和飞行控制结构等技术来实现自动飞行和惯性导航等操作。

这种方式对于直升机的性能和安全性能的提升有着显著的作用。

控制系统的算法设计和计算也是直升机飞行控制系统的重要组成部分。

直升机的大量组件包括机械、电子、传感器等，控制系统需要在诸多组件之间实现协调和控制。

直升机的飞行控制需要检测旋转角度、方向、高度和航迹等参数，通过各种检测与处理后，输出正确的控制信号，控制飞行器的动作。

此外，对于重要参数的控制需要使用PID、模糊控制等算法进行设计，以确保控制精度和响应速度。

为了验证直升机飞行控制系统的性能，实际的模拟试验也是不可或缺的。

通过在仿真环境里进行测试，可以模拟各种实际的飞行情况，用以检测、分析和优化直升机飞行控制系统的效率和功能。

之后再结合实际验证，进一步完善控制系统的设计，提升直升机的综合性能。

直升机飞行控制系统的研究和优化直升机是一种非常特殊的飞行器，其不同于其他飞行器，主要是其所受力的特殊性质，以及必须满足具有必须在低速，小飞行高度,小半径,高机动性和卓越的稳定性方面要求。

而直升机飞行控制系统，则是直升机实现这种特殊性质和要求的重要组成部分。

本文主要围绕直升机飞行控制系统的研究和优化展开叙述。

一、直升机飞行控制系统的构成要研究和优化直升机飞行控制系统，首先必须了解该系统的构成。

直升机飞行控制系统包括飞行控制板、飞行控制电缆、控制器、继电器、飞行仪表和传感器等组成部分。

飞行控制板负责控制飞机的起飞、着陆、爬升、下降、左右移动、前进和转弯等飞行动作。

它通过飞行控制电缆将飞行信号发送给控制器，控制器处理这些信号并将电动机的控制信号传递给继电器。

继电器负责将处理后的控制信号发送给电动机，从而控制直升机实现所需的飞行动作。

同时，飞行仪表和传感器也扮演着非常重要的角色，它们能够监测直升机的飞行状态和机动性能，为控制器提供必要的参考数据。

二、直升机飞行控制系统的研究现状当前，直升机飞行控制系统的研究已经取得了重要进展。

相关学者从多个角度对直升机飞行控制系统进行了深入研究，其中包括直升机自主起飞和着陆技术、直升机飞行控制系统的PID控制策略和飞行控制器等方面。

例如，对于直升机自主起飞和着陆技术的研究，相关学者已经提出了各种方法和策略。

其中比较有代表性的是使用惯性系统、视觉系统和双系统来实现起飞和降落的自主化。

在PID控制策略方面，学者也在探究中不断做出新的进展。

他们提出了多种控制策略来提高直升机的飞行性能、运动控制和稳定性。

此外，针对直升机飞行控制系统中使用的控制器也得到了广泛研究。

在研究中，学者们运用多种控制器来提高直升机的飞行性能，如模糊控制器、滑模控制器、自适应控制器等。

三、直升机飞行控制系统的优化作为一个热门研究领域，直升机飞行控制系统仍存在一些优化的空间。

下面，本文将重点介绍如何基于模型预测控制方法对直升机飞行控制系统进行优化。

直升机控制系统课程报告学号：031710426姓名：王瑞时间：2020年4月29日目录直升机控制系统课程报告 (1)一、主旋翼挥舞运动分析 (2)（一）垂直飞行的均匀挥舞 (2)（二）前飞时的周期挥舞 (2)（三）旋翼偏倒原因 (3)二、画出俯仰通道的开环结构 (3)三、开环模态分析 (4)四、直升机增稳系统设计 (6)（一）增稳系统性能指标 (6)（二）增稳系统优化过程 (7)五、实验感想 (10)1．实验中存在的缺陷 (10)2．实验收获 (10)一、主旋翼挥舞运动分析直升机属于旋翼飞行器，其中主旋翼作为一个单独的系统是直升机中最重要的组成部分，它肩负着直升机飞行时的推进、负重和操控三种功能。

直升机主要产生向上的拉力克服重力，产生向前的水平分力使直升机前进，产生其他分力及力矩使直升机保持平衡或做机动飞行，若直升机在空中发生事故停车，可以及时操控旋翼，使其自传产生缓冲升力，保证安全着陆。

旋翼系统主要由桨叶和桨毂组成，桨毂包含水平、垂直和轴向三个铰，水平较、摆振铰以及变距铰使旋翼的关键部件，其中桨叶的挥舞运动主要是由垂直铰控制。

直升机在前飞时，桨叶重心距旋翼轴的距离不断变化，一起周期交变的科里奥利力。

经研究表明，科里奥利力的最大值高达桨叶自重的7倍伊桑，巨大的科里奥利力会造成巨大的交变弯矩。

有了垂直铰，桨叶绕垂直铰摆动一个角度，从而使桨叶根部所受的交变弯矩大大较小。

下面主要分析桨叶的挥舞运动。

（一）垂直飞行的均匀挥舞直升机在悬停或者定长垂直飞行时，桨叶会形成一个倒置的圆锥，圆锥的椎体周与旋转轴重合。

直升机悬停或垂直飞行时作用在桨叶上的力有气动合力jy F ，水平向外的离心力c F ，力图拉平桨叶，还有桨叶重力jy G 。

当浆页上翘挥舞角β时，水平铰受到的力矩之和为0。

又因为直升机在垂直飞行时相对气流是对称的，桨叶旋转过程中，气动力和离心力均不变，此时挥舞角β等于锥角0a ，即均匀挥舞。

（二）前飞时的周期挥舞直升机前飞时，桨叶旋转形成的倒锥体的锥体轴相对于旋翼的旋转轴出现后倒现象。

直升机飞行控制系统设计研究第一章引言直升机作为一种能够垂直起降和在局限范围内进行低速飞行的飞行器，具有许多独特的优点，如能够完成复杂的任务、进攻性行动和救援行动等。

然而，直升机的飞行控制系统设计是一个极其重要的问题，它直接关系到直升机的安全性和可靠性。

因此，本文将对直升机飞行控制系统的相关内容进行研究和探讨。

第二章直升机飞行控制系统的基本组成直升机飞行控制系统的基本组成包括飞行控制板、传感器安装位置、执行机构和控制算法。

2.1 飞行控制板的设计飞行控制板有两种设计方案：一种是基于现有飞行控制器（如飞控）的升级改造，另一种是依靠模块化设计开发全新板卡。

飞行控制板的主要功能包括飞行参数数据的采集、敏感器信号的处理和转化、控制命令的计算和传输等。

2.2 传感器安装位置的选择传感器的安装位置的选择非常重要，它的位置将直接影响到控制器的设计和控制算法的设置。

传感器的安装位置应能够充分反映直升机飞行状态的动态变化，包括重心、对称性、控制力矩等。

2.3 执行机构的设计执行机构是直升机飞行控制系统的核心部件，它能够控制直升机的运动。

主旋翼和尾旋翼都应配备控制器，以确保直升机的运动平稳自如。

2.4 控制算法的设计控制算法是直升机飞行控制系统的灵魂，直接关系到系统的精度和可靠性。

控制算法的设计应该优先考虑算法的可靠性、灵敏度和精度，同时还应具备良好的鲁棒性和容错性。

第三章直升机飞行控制系统的各部件的功能介绍3.1 控制系统传感器控制系统传感器用于对直升机进行定位和运动状态监测，并能够对运动状态变化进行趋势预测和警报。

传感器的种类包括：陀螺、加速度计和磁传感器，其中陀螺使飞行员能够正确地保持直升机的方向稳定，磁传感器能够提供方向发现服务。

3.2 飞行控制板飞行控制板是控制系统的中央计算单元，控制器可用于控制直升机引擎、闸门和其他部件。

飞行控制板能够接收传感器数据、计算数据并向执行机构发送命令。

3.3 执行机构执行机构是实现直升机机体稳定性和空气动力学的基本元件，包括各种电子组件和电机。

直升机飞行控制系统的设计与实现研究一、绪论直升机被称为“飞行工程中最复杂的机器”，其飞行控制系统也相对较为复杂，包括主旋翼叶片角度的控制、尾旋翼叶片角度的控制、油门控制等。

直升机飞行控制系统的设计与实现是一个复杂的工程，需要对机械、电子、计算机等方面都有相应的知识和技能，本文将对直升机飞行控制系统的设计与实现进行研究。

二、直升机飞行控制系统的组成直升机飞行控制系统主要由操纵系统、稳定系统、辅助系统和电力供应系统四个部分组成。

1.操纵系统操纵系统用于控制主旋翼和尾旋翼的叶片角度，包括手柄、杆系、传动机构、角度指示器等。

操纵系统主要有两个操作杆，一个用于控制主旋翼叶片角度，另一个用于控制尾旋翼叶片角度。

当飞行员移动操纵杆时，就会改变机身姿态以及主旋翼和尾旋翼的叶片角度，从而控制飞机的飞行方向和高度。

2.稳定系统稳定系统用于自动控制直升机的姿态和方向，包括一个计算机、传感器和动力执行器等。

稳定系统通过读取传感器提供的机身姿态和飞行状态信息，将其与目标状态进行比较计算差异，然后输出控制信号控制机身姿态和角度的调整。

3.辅助系统辅助系统用于辅助直升机进行飞行，包括辅助工具、仪表系统、通讯设备和导航设备等。

辅助系统可增加飞行员对直升机的感知和控制能力，为飞行提供更多的信息和辅助功能。

4.电力供应系统电力供应系统提供电源给直升机的航电系统、飞行控制系统、动力系统和灯光系统等。

电力供应系统通常包括发电机、电池和电源管理系统等。

三、直升机飞行控制系统的工作原理1.手动操纵控制手动操纵控制是飞行员通过操纵杆系统控制直升机的基本方式。

飞行员通过杆系、传动机构和角度指示器等将操纵杆的运动转换为旋翼叶片角度的调整。

当飞行员向机前方倾斜操纵杆时，主旋翼后面的叶片角度会减小，前面的叶片角度会增大，直升机就会向前飞行，反之向后移动操纵杆。

2.自动稳定控制直升机飞行时，受到空气湍流、风阻力等因素的影响，机身姿态和叶片角度会产生偏差，影响飞行的稳定性和安全性。

四旋翼无人直升机控制系统的研究的开题报告一、研究背景及意义随着机械自动化技术的不断发展，无人直升机作为一种新型的机器人已经广泛应用于军事侦查、民航、农业、测量和监视等领域。

四旋翼无人直升机具有起降简单、悬停稳定、机动灵活等优点，是目前应用最广泛的一种无人直升机。

四旋翼无人直升机主要由机身、四个转子、电池和控制系统等部件组成。

其中，控制系统是保证飞行安全和稳定的关键，包括了传感器、控制器、通信模块、执行机构等。

当前，对四旋翼无人直升机控制系统的研究主要集中在控制策略的设计和控制器的优化方面。

但是，传感器的选择和安装、不同环境下的控制性能、失控情况的应对等问题也是需要研究的重点。

因此，本研究旨在针对四旋翼无人直升机的控制系统进行深入研究，探究其控制策略和控制器优化的同时，重点关注传感器选型和布置、控制性能和失控情况的分析和解决方案研究，进一步提高四旋翼无人直升机的飞行安全性和稳定性，提升其在军事和民用领域的应用。

二、研究内容及方法本研究的主要内容包括以下几个方面：1.四旋翼无人直升机控制系统设计：通过对四旋翼无人直升机各个部件的分析，采用Angular Velocity Control（AVC）控制策略，设计出符合实际应用需求的控制系统模型。

2.传感器选型与布置方案研究：在控制系统中，传感器是获取外界信息的重要途径，本研究将结合传感器的原理和适用范围，选择合适的传感器并设计出最优的传感器布置方案。

3.环境因素对控制性能影响的研究：探究不同环境下四旋翼无人直升机的控制性能，通过实验验证并分析环境因素对于四旋翼无人直升机控制性能的影响。

4.失控情况应对措施研究：为了提高无人直升机的安全性，本研究将对四旋翼无人直升机出现失控情况时的应对措施进行研究，提出相应的解决方案。

本研究的方法包括理论分析和实验研究相结合，利用MATLAB和Simulink软件进行算法设计和仿真，通过搭建四旋翼无人直升机控制系统实验平台开展实验研究，采用误差分析和数据处理方法对实验结果进行分析和评估。

三自由度直升机实验系统的控制策略研究的开题报告一、选题的背景及意义直升机作为一种特殊的飞行器具有独特的优点，如在狭小的空间和复杂地形中的垂直起降优势。

然而，直升机的控制比固定翼飞机更为复杂，难以实现准确控制。

因此，设计一种高效、稳定的控制策略，对于提升直升机的飞行品质和操作安全性具有重要意义。

本课题旨在研究三自由度直升机的控制策略，对开展直升机飞行控制系统的研究具有现实意义，也对于提高我国在航空领域的科学技术水平有一定的推动作用。

二、研究内容及目标2.1 研究内容本课题拟研究三自由度直升机的控制策略，采用数学建模和仿真实验的方法，分析直升机的动力学特性和控制要求，设计一种高效的控制策略。

2.2 研究目标（1）建立三自由度直升机数学模型，研究直升机的动力学特性和控制要求。

（2）探究直升机的控制策略，设计一种高效的控制算法，对直升机进行稳定控制。

（3）进行仿真实验，验证所设计的控制策略的有效性，对实验结果进行分析和总结，并提出改进方案。

三、研究计划及进度安排3.1 研究计划（1）第一阶段（1个月）：学习三自由度直升机控制理论知识，了解直升机的动力学模型与控制要求。

（2）第二阶段（2个月）：建立直升机数学模型，探究控制策略的设计和优化。

（3）第三阶段（2个月）：进行仿真实验，验证所设计的控制策略的有效性，并对实验结果进行分析与总结。

（4）第四阶段（1个月）：总结分析成果，并提出改进方案。

3.2 进度安排阶段 | 时间安排 | 任务安排------ | -------- | --------第一阶段 | 第1~4周 | 学习直升机控制理论知识第二阶段 | 第5~9周 | 建立直升机数学模型，设计控制策略第三阶段 | 第10~15周 | 进行仿真实验，分析实验结果第四阶段 | 第16周 | 总结分析成果，提出改进方案四、研究方案的可行性分析本课题属于基础理论研究，通过建立数学模型和进行仿真实验，旨在探究直升机的控制策略。

共轴双旋翼直升机悬停方向的控制实验研究报告共轴双旋翼直升机悬停方向的控制摘要本文主要目的是设计共轴双旋翼直升机悬停方向的控制系统。

文中主要介绍了此控制系统的设计方案，在时域和频域中详细地分析了系统的稳定性、稳态性能和动态性能。

并且，为达到设计指标，对系统进行了串联校正，使系统能够较好地达到了指标要求。

在控制系统的设计过程中，利用了Scilab和Matlab软件进行仿真分析，动态直观地反映了系统的性能。

关键字共轴双旋翼直升机串联校正稳定性稳态性能动态性能引言研究背景20世纪40年代初，航空爱好者开始对共轴双旋翼直升机产生浓厚的兴趣。

然而，由于当时人们对共轴双旋翼气动特性认识的缺乏以及在结构设计方面遇到的困难，许多设计者最终放弃了努力，而在很长一段时间对共轴式直升机的探讨只停留在实验阶段。

1932 年，单旋翼带尾桨直升机研制成功，成为世界上第一架可实用的直升机。

从此，单旋翼带尾桨直升机以其简单、实用的操纵系统和相对成熟的单旋翼空气动力学理论成为半个多世纪来世界直升机发展的主流。

然而，人们对共轴双旋翼直升机的研究和研制一直没有停止。

俄罗斯1945 年研制成功了卡-8 共轴式直升机，至今发展了一系列共轴双旋翼直升机，在型号研制、理论实验研究方面均走在世界前列。

美国也于50 年代研制了QH-50 共轴式遥控直升机作为军用反潜的飞行平台，并先后交付美国海军700 多架。

从20 世纪60 年代开始，由于军事上的需要，一些国家开始研制无人驾驶共轴双旋翼形式直升机。

在实验方面，从20 世纪50 年代起，美国、日本、俄罗斯等相继对共轴双旋翼的气动特性、旋翼间的气动干扰进行了大量风洞实验研究。

经过半个多世纪的发展，共轴双旋翼的旋翼理论得到不断的发展和完善，这种构形的直升机以它固有的优势越来越受到业内人士的重视。

研究对象特点分析共轴双旋翼直升机有两副完全相同的旋翼，一上一下安装在同一根旋翼轴上，两旋翼间有一定间距。

两副旋翼的旋转方向相反，它们的反扭矩可以互相抵消。

三自由度直升机系统实验指导书钱玉恒杨亚非编哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系2010年5月目录第一章绪论1.1 实验背景 (2)1.2 三自由度直升机系统实验装置简介 (2)第二章数学模型的建立2.1 俯仰轴数学模型分析 (5)2.2 横侧轴数学模型分析 (6)2.3 旋转轴数学模型分析 (6)2.4 直升机数学模型简化 (7)2.5 直升机数学模型方程组及传递函数建立 (7)2.6 系统状态空间数学模型的建立 (7)2.7 螺旋桨电机给定电压的推导 (8)第三章控制器设计3.1 PID控制器设计 (9)3.2 状态空间控制器设计 (14)3.3 LQR原理与PID原理的比较 (19)第四章控制算法的实物验证试验4.1 系统基本参数和特性 (20)4.2 PID控制器的实物试验 (22)4.3 LQR控制器的实物试验 (25)4.4 模糊控制器的实物试验 (27)4.5 三种控制策略性能的横向比较 (36)第一章绪论1.1 实验背景1. 1.1 实验来源实验基于固高科技有限公司GHP三自由度直升机控制实验系统，这是一个自动控制和航空航天实验系统。

该系统是研究直升机飞行控制技术的平台,它主要由电机、电机驱动器、位置编码器、运动控制器及接口板等元件组成。

系统可分为直升机实验本体、电控箱及由运动控制卡和PC机组成的控制平台等三大部分。

1.1.2 实验目的和意义该系统是一个典型的多输入多输出系统（MIMO），能把控制直升机飞行姿态和速度算法在平台上实验，用于实现各种控制算法验证。

例如PID、LQR、H∞和模糊控制等控制算法均可以平台上实验。

1.1.3 实验研究及分析本系统的特点为多输入/多输出、非线性、强交叉耦合性、传递函数和状态方程不易描述，为控制系统中较为复杂的被控对象。

虽然人们在飞行器方面进行过各种算法研究，但大多数研究只局限于仿真平台，仍未摆脱实验对象的理想化模式。

此系统不仅具备直升机动力系统和电子控制装置的原理特征，还具备实验性强、实验现象直观的特点。

研究生自动控制专业实验地点：A区主楼518房间姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号：同组人：成绩：教师签字：三自由度直升机系统实验报告主编：钱玉恒，杨亚非哈工大航天学院控制科学实验室三自由度直升机控制系统实验报告一、实验内容1、熟悉直升机控制系统的结构和原理；2、了解直升机物理模型建模与控制器设计；3、掌握PID控制实验设计与仿真；4、掌握LQR控制实验与仿真；5、掌握模糊控制器设计实验与仿真；二、实验设备1、三自由度直升机控制系统一套直升机控制系统包括三自由度直升机控制器、直升机本体实验装置等组成。

在直升机本体上有起动/停止电源开关，螺旋浆起动/停止开关。

2、直升机控制系统计算机部分直升机控制系统计算机部分主要有计算机、SV-400控制卡等；三、实验步骤1、系统实验的线路连接三自由度直升机本体与计算机全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。

2、启动实验装置通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接直升机本体电源，随后起动计算机和控制器。

3、系统实验的参数调试根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（PID、LQR、模糊等），直到获得较理想参数为止。

四、实验要求1、学生上机前要求学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。

2、学生上机要求上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。

五、系统建模思考题1、写出系统方程式，并进行描述，写出推理过程？答：首先对直升机俯仰，横侧，旋转三轴进行数学描述。

俯仰轴动力学如图1所示，其转矩由两个螺旋桨电机产生的升力1F 和2F 来产生（12h F F F =+）。

当升力h F 提供的转矩大于阻力转矩时，直升机上升，反之直升机下降。

图1 俯仰轴的动力学示意图则俯仰运动的动力学平衡方程为11e h g c s g J l F T l K V T ε=-=-(1) 其中12s V V V =+，由于重力矩g T 为小量，则(1)式可简化为1e c s J l K V ε=(2)横侧轴数学模型如图2所示，两个螺旋桨产生的升力控制着横侧轴向上运动，若12F F ≠，两个升力就会使横侧轴发生倾斜，使螺旋桨产生一个侧向力，此侧向力将带动直升机围绕基座旋转。

Harbin Institute of Technology课程报告课程名称：控制系统实践院系：航天学院控制科学与工程姓名：学号：一、三自由度直升机1.1 PID 控制器设计1.1.1.俯仰运动控制器设计俯仰运动控制对象传递函数：1c e 222s e E(s)l K 110.5611G (s)====5.815V (s)J s 1.816s s⨯⨯⨯ 1-1添加俯仰运动控制器后，得俯仰运动系统框图。

为全面起见，首先设计PID 控制器设计如下：s e p c e i c e d V =K (ε-ε)+K (ε-ε)+K (ε-ε)⎰由于c ε变化很小有0c =ε得下式：s ep c ei c ed V =K (ε-ε)+K (ε-ε)+K (-ε)⎰ 1-2由框图的闭环传递函数：c ep 1c ei 1e e c ep 12c ed 1c ei 1c e e e K K l K K l 1+ε(s)J J s=K K l K K l K K l 1ε(s)s +s ++J J J s1-31-3式为三阶系统，较难进行控制器设计，由式中可知，如令c ei 1e K K l 1=0J s，即控制器取消积分环节，得下式c ep 1ec ep 12c ed 1c e eK K l ε(s)J =K K l K K lε(s)s +s +J J1-4采用PD 控制器能将俯仰运动控制问题化解为典型二阶系统。

c ep 12e 022c ep 12c ed 1c 00e eK K l ε(s)J ω==K K l K K l ε(s)s +2ζωs +ωs +s +J J 1-5在1-5式中 c ep 12c ed 100eeK K l K K l =ω=2ζωJ J ； 1-6 二阶系统的峰值时间p t =1-7通过选择二阶系统峰值时间t s 和阻尼比ζ，能确定K ed 和K ep 。

实际系统中控制器应需加积分项来补偿重力扰动，K ei 应调整合理，一般初始值取K ei =0.1K ep 。

一、实习背景随着航空工业的飞速发展，飞机操纵系统作为飞机安全飞行和操控性能的关键组成部分，其重要性日益凸显。

为了深入了解飞机操纵系统的原理、结构和工作方式，提高自身的专业素养和实际操作能力，我于2023年X月X日至X月X日参加了为期两周的飞机操纵系统实习。

二、实习单位及内容实习单位为XX航空公司，实习地点位于其飞行训练基地。

实习期间，我主要学习了以下内容：1. 飞机操纵系统概述：了解了飞机操纵系统的基本概念、作用、分类以及发展历程。

2. 操纵面与操纵机构：学习了操纵面的种类、工作原理、结构特点以及操纵机构的设计和安装。

3. 液压系统：掌握了液压系统的工作原理、组成部分、液压泵、液压马达、液压阀等液压元件的结构和功能。

4. 飞行控制系统：了解了飞行控制系统的组成、工作原理、控制律设计以及飞行控制系统与操纵面的关系。

5. 模拟飞行训练：在飞行模拟器上进行了实际操作训练，熟悉了飞机的操纵方式和飞行程序。

三、实习过程及收获1. 理论学习：通过查阅资料、听讲、讨论等方式，我对飞机操纵系统的基本知识有了较为全面的理解。

2. 现场参观：参观了飞机操纵系统的安装、调试和维修现场，了解了实际操作流程和注意事项。

3. 模拟飞行训练：在飞行模拟器上进行了实际操作训练，掌握了飞机的操纵技巧和飞行程序。

实习期间，我收获颇丰：1. 理论知识得到巩固：通过实习，我对飞机操纵系统的基本原理和结构有了更加深入的了解，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。

2. 实践能力得到提升：在模拟飞行训练中，我学会了如何操纵飞机，提高了自己的实际操作能力。

3. 团队合作意识增强：在实习过程中，我与团队成员共同解决问题，学会了如何与他人协作。

四、实习总结通过本次飞机操纵系统实习，我深刻认识到飞机操纵系统在航空工业中的重要地位。

以下是我对实习的总结：1. 理论与实践相结合：在今后的学习和工作中，我将注重理论与实践相结合，不断提高自己的专业素养。

2. 注重细节：飞机操纵系统涉及众多细节，我在实习过程中学会了如何关注细节，确保飞行安全。

飞机操纵系统实习报告在航空工程领域，对于飞行安全至关重要的便是飞机操纵系统的维护与管理。

本次实习，我有幸参与了某航空公司飞机操纵系统的维护工作，通过实地学习与操作，对飞机操纵系统有了更深刻的理解。

以下是我在实习期间所撰写的报告范本，旨在总结经验、分享知识，并供同行参考。

飞机操纵系统是确保飞机能够安全、准确执行飞行指令的关键组成部分。

它主要包括飞控系统、液压系统、电气系统等多个子系统，这些系统相互协作，共同完成飞机的操控任务。

在实习期间，我对这几个部分进行了详细的学习和实操训练。

飞控系统作为直接响应飞行员操作指令的部分，其重要性不言而喻。

在我的实习过程中，我跟随资深工程师学习了飞控系统的基本构造和工作原理。

我们重点检查了控制面如副翼、升降舵和方向舵的机械连接部分，以及电传操纵系统中的电子信号传递准确性。

液压系统作为提供动力的主要来源，其稳定性对飞机操纵至关重要。

实习中，我参与了对液压泵、管路及阀门的检测与维护工作。

通过对液压油清洁度的测试和压力值的监控，我们确保了系统能够在高强度工作下依然保持最佳性能。

电气系统则是飞控系统的神经中枢。

在电气系统的实习环节中，我学习了飞机操纵相关的电路图解读，并实际参与了电缆线路的检查和维护。

我们利用专业的电气测试设备，对各个电气接头进行了电阻和连通性测试，确保没有断线或腐蚀现象发生。

在实习的过程中，我还了解到了飞机操纵系统中的一些常见问题及其解决方案。

例如，由于磨损和腐蚀导致的机械连接失效问题，我们通过定期更换零件和润滑来预防；对于液压系统可能出现的泄漏问题，则通过加强密封件的检查和更换周期来控制。

通过这次实习，我深刻认识到飞机操纵系统维护工作的复杂性和专业性。

每一个细微的维护不当都可能引发飞行安全隐患，因此，严谨细致的工作态度和高度的责任感是每位从事该领域工作人员必须具备的素质。

同时，随着科技的发展，新型飞机不断推陈出新，操纵系统也在向着更加智能化、自动化的方向发展。

直升机飞行控制系统设计与性能测试直升机是一种多用途飞行器，广泛应用于航空救援、消防、军事作战等领域。

为了确保直升机的飞行安全和性能，设计一个高效可靠的飞行控制系统至关重要。

本文将介绍直升机飞行控制系统的设计原理和性能测试方法。

直升机飞行控制系统的设计要考虑到机身结构、力学特性和动力系统的复杂性。

在设计过程中，需要考虑以下几个关键因素：1. 舵面控制：直升机通过控制主旋翼和尾旋翼舵面的运动，实现飞行姿态的变化。

舵面的设计应该充分满足操纵员的操作需求，并保持稳定性和可靠性。

2. 自动操纵系统：自动操纵系统可以大大减轻操纵员的负担，并提高直升机的稳定性和精确度。

该系统利用传感器获取飞行状态信息，然后通过计算机算法进行处理，控制舵面的运动。

3. 飞行控制器：飞行控制器是直升机飞行控制系统的核心部分。

它负责接收来自传感器的数据，计算控制指令，并输出给执行机构。

飞行控制器需要具备高速计算和抗干扰能力，以确保飞行的安全性和稳定性。

4. 传感器系统：传感器系统是直升机飞行控制系统的重要组成部分。

它可以采集直升机的飞行状态数据，如姿态、角速度、加速度等。

传感器系统的准确性和灵敏度直接影响直升机飞行控制系统的性能。

设计一个直升机飞行控制系统需要进行一系列的性能测试，以验证系统的可靠性和性能。

1. 静态试验：静态试验主要用于测试直升机在特定工况下的稳定性和承载能力。

通过改变载荷和舵面的角度，可以模拟不同的飞行状态。

静态试验可以通过数学模型和实际试验相结合的方式进行。

2. 动态试验：动态试验主要用于测试直升机在动态加载和舵面控制下的稳定性和动态特性。

通过改变直升机的飞行速度、加速度和旋转速度等参数，可以模拟不同的飞行场景。

动态试验可以通过飞行模拟器和实际试飞相结合的方式进行。

3. 环境试验：环境试验主要用于测试直升机在不同环境条件下的适应性和耐久性。

包括高温、低温、高海拔等极端环境条件下的试验。

环境试验可以通过模拟器和实际试验相结合的方式进行。

一、前言直升机作为一种重要的航空器，在军事、民用、科研等领域发挥着重要作用。

为了提高我国直升机研发水平，培养具备机电一体化技能的人才，我国高校纷纷开设了直升机机电综合实训课程。

本文以某高校直升机机电综合实训为例，对实训过程进行总结和分析。

二、实训目的1. 了解直升机机电系统的基本组成和工作原理；2. 掌握直升机机电系统的维护与保养方法；3. 提高动手能力，培养团队协作精神；4. 为今后从事直升机研发、生产、维修等相关工作打下基础。

三、实训内容1. 直升机机电系统概述实训首先介绍了直升机机电系统的基本组成，包括发动机、传动系统、液压系统、电气系统等。

通过对各系统的介绍，使学员对直升机机电系统有了初步的认识。

2. 发动机实训发动机是直升机的动力来源，实训过程中，学员学习了发动机的结构、工作原理、维护保养方法等。

此外，还进行了发动机拆装、检修等实际操作。

3. 传动系统实训传动系统负责将发动机的动力传递到旋翼和尾翼，实训中，学员学习了传动系统的结构、工作原理、维护保养方法等。

通过实际操作，掌握了传动系统的检修技巧。

4. 液压系统实训液压系统在直升机中起到举足轻重的作用，实训过程中，学员学习了液压系统的组成、工作原理、维护保养方法等。

实际操作环节，学员掌握了液压系统的检修技巧。

5. 电气系统实训电气系统负责直升机的供电和控制系统，实训中，学员学习了电气系统的组成、工作原理、维护保养方法等。

通过实际操作，掌握了电气系统的检修技巧。

6. 综合实训综合实训环节，学员将所学知识运用到实际项目中，进行直升机机电系统的安装、调试、检修等操作。

通过团队协作，完成了实训任务。

四、实训总结1. 提高了学员对直升机机电系统的认识，掌握了各系统的维护保养方法；2. 培养了学员的动手能力、团队协作精神和解决问题的能力；3. 为学员今后从事直升机研发、生产、维修等相关工作奠定了基础。

五、实训建议1. 增加实训设备，提高实训效果；2. 邀请行业专家进行授课，拓宽学员视野；3. 加强实训课程与企业合作，提高学员就业竞争力；4. 注重学员个体差异，因材施教。