本文關(guān)鍵詞：小型四旋翼飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及飛行控制算法研究

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【摘要】：四旋翼飛行控制系統(tǒng)是一種非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合的系統(tǒng),它是驗(yàn)證各種控制算法的理想平臺(tái),對四旋翼飛行控制系統(tǒng)的控制一直是個(gè)難題。論文以實(shí)驗(yàn)室搭建的四旋翼飛行器為研究對象,重點(diǎn)研究了反演控制方法,并針對反演控制方法的不足進(jìn)行改進(jìn),探索新的控制策略,設(shè)計(jì)了基于積分反演控制算法的控制器。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器系統(tǒng)的總體方案,在此基礎(chǔ)上,搭建四旋翼飛行器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),包括器件的選型,系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì),并進(jìn)行了大量的調(diào)試,確定設(shè)計(jì)的控制器的參數(shù)。(2)論文分析了四旋翼飛行器的基本飛行原理,并建立四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型。(3)論文針對飛行器的姿態(tài)及位置控制,設(shè)計(jì)了基于PID控制算法的控制器,并在搭建的四旋翼飛行器平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),而且針對飛行器的位置進(jìn)行路徑跟蹤實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明設(shè)計(jì)的基于PID控制算法的控制器對飛行器控制系統(tǒng)是有效的。(4)在實(shí)際飛行中,設(shè)計(jì)的基于PID控制算法的控制器的穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能有待提高,本文設(shè)計(jì)了基于反演控制算法的控制器并對其改進(jìn),設(shè)計(jì)了基于積分反演控制算法的控制器,并分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)及針對飛行器的位置進(jìn)行路徑跟蹤實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明,對于提高飛行器的動(dòng)態(tài)性及穩(wěn)定性,從PID控制器到反演控制器到積分反演控制器依次提高。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) PID控制算法 反演控制算法 積分反演控制算法
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第1章 緒論16-23
• 1.1 小型四旋翼飛行控制系統(tǒng)的背景與研究意義16-18
• 1.1.1 小型四旋翼飛行控制系統(tǒng)的背景16-17
• 1.1.2 小型四旋翼飛行控制系統(tǒng)的研究意義17-18
• 1.2 四旋翼飛行器控制目標(biāo)和控制方法概述18-19
• 1.2.1 控制目標(biāo)18
• 1.2.2 控制方法研究概述18-19
• 1.3 PID控制算法概述19-20
• 1.4 反演控制方法概述20
• 1.5 飛行控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢20-21
• 1.6 論文的研究內(nèi)容、組織結(jié)構(gòu)21-22
• 1.7 本章小結(jié)22-23
• 第2章 四旋翼飛行控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建23-32
• 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)23-25
• 2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求23-24
• 2.1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架24-25
• 2.2 硬件模塊設(shè)計(jì)25-31
• 2.2.1 飛行控制模塊設(shè)計(jì)25-26
• 2.2.2 慣性測量器件26-27
• 2.2.3 遙控接收模塊27-28
• 2.2.4 電源功能模塊28
• 2.2.5 位置傳感器28-29
• 2.2.6 無刷直流電機(jī)及電子調(diào)速器29-30
• 2.2.7 GPS定位模塊30-31
• 2.2.8 螺旋槳31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第3章 四旋翼飛行器的飛行原理和建模32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 飛行原理32-35
• 3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣35-37
• 3.4 系統(tǒng)建模37-43
• 3.4.1 力學(xué)方程組的建立37-39
• 3.4.2 力矩方程組的建立39-41
• 3.4.3 運(yùn)動(dòng)方程組的建立41
• 3.4.4 導(dǎo)航方程組的建立41-42
• 3.4.5 模型簡化42-43
• 3.5 系統(tǒng)參數(shù)43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 基于PID算法的四旋翼飛行器控制44-52
• 4.1 PID控制理論基礎(chǔ)44
• 4.2 飛行器控制結(jié)構(gòu)分析44-45
• 4.3 控制器的設(shè)計(jì)45-46
• 4.4 PD控制器的參數(shù)整定46-47
• 4.5 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析47-50
• 4.6 位置跟蹤仿真結(jié)果及分析50-51
• 4.7 本章小結(jié)51-52
• 第5章 基于反演和積分反演算法的控制器的設(shè)計(jì)52-79
• 5.1 反演法基本原理52-54
• 5.2 基于反演控制算法的控制器的設(shè)計(jì)54-68
• 5.2.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型用狀態(tài)空間模型表示54-55
• 5.2.2 基于反演控制算法的姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì)55-59
• 5.2.3 基于反演控制算法的位置控制器的設(shè)計(jì)59-63
• 5.2.4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析63-66
• 5.2.5 位置跟蹤及結(jié)果分析66-67
• 5.2.6 Lyapunov穩(wěn)定性原理及穩(wěn)定性分析67-68
• 5.3 基于積分反演控制算法的控制器的設(shè)計(jì)68-78
• 5.3.1 基于積分反演控制算法的姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì)68-71
• 5.3.2 基于積分反演控制算法的高度控制器的設(shè)計(jì)71-72
• 5.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析72-75
• 5.3.4 位置跟蹤仿真結(jié)果及分析75-76
• 5.3.5 基于反演控制算法的控制器與基于積分反演控制算法的控制器的比較76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 第6章 總結(jié)與展望79-81
• 6.1 總結(jié)79-80
• 6.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況84-85

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護(hù)[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號(hào)：1008796