基于积分的模糊PD三自由度直升机控制器研究

钱玉恒，李 攀

(哈尔滨工业大学控制科学与工程系，哈尔滨150001)

三自由度直升机(本文简称为直升机)是一种典型的具有非线性和交叉耦合的多输入－多输出系统，其特性不易用传递函数和状态方程描述，是控制系统中较为复杂的一类被控对象.三自由度直升机不仅具备直升机动力系统和电子系统的原理特征，还具备实验性强、直观的特点［1］.

1 三自由度直升机系统数学模型分析

本直升机系统主要由直升机本体、电控箱、运动控制卡及PC机等组成.其中直升机本体由光电码盘传感器、螺旋桨(含电机)、平衡块、俯仰平衡杆、旋转轴、横侧轴等组成［2］，具体结构如图1所示.

图1 直升机系统组成结构图

直升机系统具体工作过程为:计算机通过运动控制卡获取光电码盘对直升机姿态角度的测量，经计算机解算出控制参数后，将此数值参数发送到运动控制卡，并转换成(±10)V电压输出给伺服驱动器，伺服驱动器驱动电机并带动螺旋桨旋转，直升机通过螺旋桨旋转变化来改变运动姿态.

1.1 三自由度直升机理论模型分析

直升机主要由俯仰和旋转运动组成如图1所示，俯仰运动转矩由左右螺旋桨旋转产生的升力Fh完成(Fh=F1(左)+F2(右)).当升力Fh提供的转矩大于阻力转矩时，直升机上升，反之直升机下降.直升机旋转运动的转矩由左右螺旋桨产生的升力差Fs完成，即直升机侧向力 Fs=±(F1－F2)，此Fs会使直升机产生水平方向分力，Fs大小决定了直升机的旋转速度.左右螺旋桨产生的升……