作为一种可在部分特性上仿真直升机的控制系统,三自由度直升机模拟飞行姿态系统被众多控制技术学者关注并研究。它自身的多输入多输出特性、强耦合特性和强非线性特性,决定了它是一个控制工程中的难控制对象。本论文研究三自由度直升机模拟飞行姿态系统的实物开发以及预测控制在实物系统上的应用,即解决三自由度直升机模拟控制系统的实际开发问题以及它的控制性能问题。主要内容分为以下三个方面:1.对三自由度直升机模拟飞行姿态系统选取合适的机体坐标系进行动力学分析,根据该系统可近似为双刚体组合运动的特点,建立该系统的非线性动力学模型,并基于此模型在系统平衡态下对其进行小扰动线性化,将其由一个强耦合、强非线性模型转化为一个弱耦合、弱非线性模型。2.考虑到实际系统中,受控系统为连续系统,控制系统为数字控制器,本文使用SIMULINK以及M函数结合的数模混合仿真的方式对其进行数字PID控制器研究。在数字PID控制的基础上,对俯仰轴和偏航轴进行了动态矩阵控制器的研究。通过改变动态矩阵控制的不同调控参数,比较系统对于同一参数的不同取值的响应变化趋势。3.在对三自由度模拟飞行姿态系统的模型做了初步分析的基础上,进行了实物系统开发。设计了整个系统的技术方案,包括机械结构选材和电控系统选材及调试,对于其中的参数反馈部分和驱动装置部分做了调试;另外基于搭建的实物系统,设计了相应的上位机调试系统,上位机用于调试下位机的PID参数,实时显示下位机三轴姿态。在此基础上,在俯仰轴上加入了动态矩阵控制器,优化了控制效果。