四旋翼飞行仿真器的建模研究
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四旋翼飞行仿真器的建模研究
Modeling Research For four-rotor flight simulator system
（中南大学）刘丽丽
彭辉刘敏安
LIU Li-li PENG Hui LIU Min-an
摘要:本文针对四旋翼飞行仿真器系统的非线性,采用RBF-ARX 模型对四旋翼飞行仿真器系统进行了离线动态特性建模
的研究。着重讨论了RBF-ARX 模型结构的选取,模型参数辨识,RBF 参数优化等问题。RBF-ARX 模型与ARX 模型的一步预测输出比较的结果证实了RBF-ARX 模型在非线性系统建模中的优越性。关键词:四旋翼飞行仿真器;非线性系统;RBF-ARX 模型
中图分类号:TP271+.62
文献标识码:A Abstract:This paper focused on the Modeling of four-rotor flight simulator system using RBF-ARX model.And the emphasis was al -so put on the design of the structure of RBF-ARX model,model parameter identification and optimization,https://www.wendangku.net/doc/bb12129311.html,paring to the ARX
model in 1-step predictive co ntrol,the results show the superiority of the RBF-ARX model for the modeling of nonlinear systems.Key words:four-rotor flight simulator;nonlinear system;RBF-ARX model
文章编号:1008-0570(2009)02-1-0201-02
1引言
四旋翼飞行仿真器具有极为复杂的动力学特性和特殊的飞行姿态，其动力学特性随着飞行姿态而发生相应的变化，具有非线性，多变量耦合的特点。因为它的复杂性，在忽略弹性振动及变形的情况下，工程中所使用的直升机模型都是经过不同程度简化处理的，导致模型建立不精确。
RBF-ARX 模型是一种针对非线性系统提出的建模方法，它是高斯径向基函数(RBF)网络和线性ARX 模型结构的复合结构，是一种全局模型，并采用一种快速收敛的结构化非线性参数优化策略来离线估计所有的模型参数，因此它能够有效地避免在线建模中可能出现的问题，而且在每个采样点的局部线性化模型也可以很容易地通过该全局模型得到，这也为分析系统特性提供了方便。RBF-ARX 模型已经成功应用在热电厂脱硝过程控制中，基于此模型的预测控制取得了优异的控制效果。本文将RBF-ARX 模型用于四旋翼飞行仿真器系统的建模，给出了建模方法,实际四旋翼飞行仿真器系统的建模结果以及与一般线性ARX 模型比较的结果。
2四旋翼飞行仿真器控制系统
四旋翼飞行仿真器系统主要由控制平台、电控柜、手持盒
和四旋翼飞行仿真器实验本体四部分组成。控制平台主要由
PC 机和运动控制卡组成。电控柜主要是开关、
四个直流电机驱动器和一个旋转角编码器。手持盒是用于起停开关的。四旋翼飞行仿真器实验本体（图1）是由安装在轴杆上的四个带螺旋桨
的电机提供动力，前、
左和右三个电机驱动其相应的螺旋桨来实现直升机本体的俯仰，左右两个电机驱动相应的螺旋桨来实
现直升机本体的翻转，后电机驱动其相应的螺旋桨来实现直升机本体的巡航；通过安装在平台上的三个编码器检测直升机机体的三种姿态组成闭环系统，以此来实现直升机的俯仰、倾斜和巡航三种姿态的精确定位。直升机的底座上装有集电滑环，
因此机身可以绕底座任意角度的旋转而不会使连线绞缠在一起，同时也减少摩擦。
图1四旋翼飞行仿真器系统硬件框图
3RBF-ARX 模型的建立和辨识
3.1RBF-ARX 模型结构
针对飞行仿真器系统，采用如下结构的RBF-ARX 模型
（1）
（2）
刘丽丽:硕士研究生
基金项目:基金项目申请人:彭辉;基金项目名称:RBF-ARX 模型在飞行仿真器系统建模中的应用;颁发部门:国家自然科学基金委(60443008)
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《微计算机信息》(测控自动化)2009年第25卷第2-1期
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您的论文得到两院院士关注四组数据代表了可能出现的四种普遍情况，图4是四种情况模拟结果。从实验可以看出在各种情况下，该算法都能很好地完成路径模拟飞行，并在某塔台模拟机中得到了较好的应用。
图4线路飞行模拟
本文作者创新点：本文在关键点线路飞行模拟算法的基础
上，引入了高空风的影响，对线路飞行进行了自动化模拟。运用
计算几何方法计算航空器的航向和直线飞行距离，通过二分法对飞行参数进行迭代求精。
最后结合matlab 给出了一个实际的实验结果。并在某塔台模拟机中得到了较好的运用。参考文献
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[4]隋树林,于镭,邵巍.基于Matlab 的仿真与实时控制/校验系统的设计[J].微计算机信息（测控自动化）,2006，12-1：203-205[5]莫能逊.空中领航学(上册)[M].中国民航飞行学院，1999,8。作者简介：严丽娟（1982-），女，湖南人，四川大学计算机学院，硕士研究生，主要研究方向为实时软件工程；王丹霞（1977-），女，河北人，四川大学计算机学院副教授，博士，主要研究方向为虚拟现实与实时仿真；陈楷民（1977-），男，四川人，四川大学计算机学院助教，硕士，主要研究方向为虚拟现实与实时仿真。Biography ：YAN Li-juan(1982-),female,Hunan Province,Master,School of Computer Science of Sichuan University ，majored in real-time software engineering ；
通讯地址：（610065四川大学计算机学院06硕）严丽娟
(收稿日期:2008.12.23)(修稿日期:2009.01.25)
（上接第202页）
显示出了RBF-ARX 模型在整个工作区域内的建模误差都更小，从而验证了RBF-ARX 建模方法的有效性，为基于该模型的优化控制提供了很好的基础。
本文作者创新点：采用一种新的ARX 模型（即：RBF-ARX 模型）对非线性很强的飞行仿真器系统建立非线性模型，为做控制器奠定了良好的基础。参考文献
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作者简介:刘丽丽（1985--），女(汉族)，河南驻马店人，中南大学硕士研究生，主要研究方向：复杂系统建模与优化，计算机控制与工程控制。彭辉（1963--）：男(汉族)，博士,教授,博士生导师，中南大学升华学者特聘教授，研究方向：复杂非线性系统的统计建模与辩识,非线性模型参数优化,工业过程控制系统开发等。刘敏安（1982--），男(汉族)，湖南永州人，中南大学硕士研究生。Biography:LIU Li-li(1985--),female(Han nationality),Henan Province,Central South University,master candidate,Major in Control and Engineering of Traffic information.Research area:Modeling and optimization of complex systems,Computer control and engineering control.
(410083湖南长沙中南大学信息科学与工程学院）刘丽丽彭辉
刘敏安
（College of Information Science and Engineering,Central
South University,Changsha 410083,China ）LIU Li-li PENG Hui LIU Min-an
通讯地址:(410083湖南长沙中南大学校本部民主楼111室)
刘丽丽
（收稿日期：2008.12.23）（修稿日期：2009.01.25
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