三自由度直升机系统是一个拥有简易结构性价比较好的的物理实验模型，它可以实现多

种控制方法。三度自由直升机作为一个具有较高阶级、相对不稳定、变量较多、非线性质的 速度较快的响应系统，要设计有效的控制器才能使其稳定。直升机系统可以用多种理论和方 法来实现其稳定控制，如 PID 控制、状态反馈控制、智能控制、模糊控制及人工神经元网络 等多种理论和方法。我们可以通过三自由度直升机实验平台来验证它的正确性和实用性。

1。3 本文研究主要内容与工作安排

本文采用机理法建立三度自由直升机的数学模型，主要研究 PID 算法和 LQR 算法在三 自由度直升机系统控制中的应用。工作预期任务如下： 1。学习三自由度直升机试验平台控制模型和问题，掌握Matlab编程和Simulink仿真技能；

2。对三自由度直升机试验平台的模型进行分析，对控制器的结构进行分析和选型；

3。设计PID和状态反馈控制器的参数，并进行调试和对比分析；文献综述

4。实现对三自由度直升机试验平台姿态的稳定控制，以及对参考信号的准确跟踪。

2。三度自由直升机试验系统与工作原理

2。1 直升机硬件机械系统

三自由度直升机实验系统的硬件机械部分主要由基座、平衡杆、平衡块、直升机本体、 编码器、数据采集卡、通用电源模块及接口板等元件组成[8]。硬件系统如图 2。1 所示：

图 2。1 硬件系统图

图 2。2 静止状态 图 2。3 控制状态

2。2 直升机电动系统

电动部分由数据采集模块、电源及电机组成的。数据采集板收集了所有的电信号，然后 传输到计算机里面。计算机经过电源模块，用放大器和滤波器进行处理之后传输给电机。电 机转动之后才能控制直升机在不同高度、速度、方向、位置进行姿态调整。

2。3 直升机软件控制平台系统及工作原理来~自,优^尔-论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

三度自由直升机控制平台由 MATLAB 实控软件，控制计算机和运动控制器组成。运动 控制器采集数据后传输给上位机再反馈给执行器[9]。图 2。3 介绍了三度自由直升机控制系统 基础的控制原理。

图 2。4 直升机控制系统基本原理图

2。4 本章小结

本章主要讲述了三度自由直升机实验模型的结构和工作原理。从直升机硬件，电机和实 验控制平台软件三个方面做了介绍，并且基本讲述了三度自由直升机的控制原理。