三自由度直升机能够用于飞行控制系统的半实物仿真和性能测试,用于模拟横列式直升机,即倾转旋翼机的直升机状态。其系统是典型的多输入—多输出控制系统,具有非线性、强交叉耦合性,在控制系统中,它是比较复杂的被控对象。本文以三自由度直升机为分析对象,进行了控制理论研究和嵌入式系统设计,研制了三自由度直升机的嵌入式控制系统,主要研究包括以下几个方面:1、三自由度直升机的模型建立以及控制方法的研究依据现有技术资料建立了三自由度直升机的基本数学模型。然后在以俯仰通道为例,在线性化模型的基础上建立起了更加符合实际的带有非线性结构的数学模型,给出了采用数字PID方法进行控制时遗传算法对参数的优化和控制效果仿真,给出了采用非线性PID方法的控制效果仿真,对两种控制方法的仿真过程中遇到的各种问题进行了讨论,对比两种仿真结果证明非线性控制的调节时间与超调量要优于线性控制。2、三自由度直升机嵌入式系统的设计与实现本文制定了三自由度直升机嵌入式控制的总体方案,分析了三自由度直升机平台接口信号的物理特征。在此基础上,采用“EasyARM1138+μC/OS-Ⅱ”以及“Mico2440+μC/OS-Ⅱ”两种嵌入式软硬件平台方案,均实现了三自由度直升机的线性与非线性两种方法的控制。两种方案都由外接的飞行摇杆给出指令信号,实现了对三自由度直升机俯仰角和横侧角的精确控制,并模拟真实飞机的“辅助操纵”、“全自动驾驶”、“改平”三种工作模式。针对第一种方案开发板没有图形显示的缺陷,第二种方案实现了在嵌入式开发板上的图形化显示,从而使对三自由度直升机的控制完全脱离了PC机。3、三自由度直升机控制系统的整体调试本文提出三种方法对系统进行调试,其中主要采用LabVIEW为系统开发过程中的辅助调试工具,对整个控制系统进行了联调测试。成功获取了调试过程中的参数变化规律,为准确计算控制性能指标提供了依据。通过对平台的实际性能调试与计算证明在采用非线性控制时,系统的响应时间、超调量以及稳定性都比线性控制的效果好。