Flachheitsbasierte Regelung eines Helikopters in klassischer und verallgemeinerter Darstellung

Diese Masterarbeit befasst sich mit der exakten Linearisierung und Trajektorienfolgeregelung eines Helikoptermodells in klassischer und verallgemeinerter Darstellung. Das Helikoptermodell kann als flaches System modelliert werden, daher ist es im Allgemeinen möglich, es durch eine quasistatische Rückführung der Brunovský-Zustände oder durch eine dynamische Rückführung exakt zu linearisieren. Das Helikoptermodell gehört zur Systemklasse der minimal unteraktuierten konfigurationsflachen Lagrangeschen Systeme. Für diese Systemklasse wird eine Methode aus der Literatur vorgestellt, die es ermöglicht, systematisch geeignete Zeitableitungen eines zugehörigen flachen Ausgangs als neue Eingangsgröße zu wählen. Dabei gewährleistet die Methode, dass das System durch eine quasistatische Rückführung des klassischen Zustands exakt linearisiert wird, ohne dabei zusätzliche Singularitäten in den Ruhelagen aufzuweisen.
In weiterer Folge wird eine aus der Literatur bekannte Erweiterung der Methode auf verallgemeinerte Systeme vorgestellt. Verallgemeinerte Systeme sind in diesem Zusammenhang Systeme, bei denen eine oder mehrere Konfigurationsvariablen als neue Stellgrößen betrachtet werden. Das vorgestellte Verfahren liefert schließlich eine quasistatische Rückführung des zugehörigen verallgemeinerten Zustands.
Diese beiden Methoden werden anhand eines Helikoptermodells demonstriert. Dabei werden das klassische System und zwei Varianten des Systems in verallgemeinerter Darstellung exakt linearisiert. Alle drei Modelle werden noch um Trajektorienfolgeregler erweitert. Die verschiedenen Ansätze werden mithilfe von Simulationen verifiziert und miteinander verglichen, wobei die Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren diskutiert werden.