本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器抗風(fēng)控制研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 PD控制 風(fēng)場模型 自抗擾控制器

【摘要】：近年來,隨著材料制造和加工技術(shù)的不斷革新,控制理論和控制方法的創(chuàng)新與發(fā)展,電池電源系統(tǒng)的升級改進(jìn),還有無刷直流電機等新型電機的出現(xiàn)與發(fā)展,使得以四旋翼飛行器為代表的無人機技術(shù)得到了前所未有的進(jìn)步,四旋翼飛行器作為旋翼飛行器的一種,具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、機動性強等優(yōu)點,以及垂直起降和定點懸停的突出特點,四旋翼飛行器在軍事,商業(yè)以及民用各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。四旋翼飛行器在空中飛行過程中最常見的干擾就是風(fēng)的影響,由于四旋翼的體積、重量一般都不大,因此風(fēng)的影響就變大了。風(fēng)場的影響主要體現(xiàn)在對四旋翼姿態(tài)控制、位置控制、航跡規(guī)劃等多方面的影響。因此對于四旋翼飛行器的抗風(fēng)性、抗干擾性的研究變得越來越重要。所以,本文針對四旋翼飛行器的抗風(fēng)控制進(jìn)行了研究與分析。首先對四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,對其飛行原理進(jìn)行了闡述與分析,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)Newton-Euler方程建立出四旋翼飛行器的運動學(xué)及動力學(xué)模型,使四旋翼飛行器的飛行的復(fù)雜性能夠在所建立的動力學(xué)模型中體現(xiàn)出來。接著對大氣紊流風(fēng)場的特性進(jìn)行研究,建立了風(fēng)場的動力學(xué)模型,并結(jié)合動力學(xué)方程將風(fēng)場模型作為干擾項加入四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中,滿足了對飛行器在風(fēng)場干擾下的動力學(xué)特性的描述。其次,對PID控制方法進(jìn)行介紹和分析,基于所建立的四旋翼飛行器的動力學(xué)方程,利用PD的控制方法設(shè)計出四旋翼飛行器的控制器,并利用Matlab/Simulink軟件搭建仿真模塊,進(jìn)行穩(wěn)定控制仿真試驗,分析仿真結(jié)果,然后將風(fēng)場模型加入到四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中,驗證在風(fēng)場擾動作用下PD控制器對四旋翼飛行器姿態(tài)和位置的穩(wěn)定控制效果,分析控制器性能。最后對自抗擾控制方法及原理進(jìn)行介紹和研究分析,將所建立的風(fēng)場模型作為擾動項加入到四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中,利用在自抗擾的控制方法重新設(shè)計控制器并進(jìn)行仿真實驗,驗證自抗擾控制器在風(fēng)場擾動作用下,對四旋翼飛行器位置和姿態(tài)穩(wěn)定控制的控制效果。仿真實驗表明,與PD控制器相比,自抗擾控制器控制性能更優(yōu),能夠有效的控制紊流風(fēng)場擾動的影響,更好的實現(xiàn)四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)穩(wěn)定控制。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 PD控制 風(fēng)場模型 自抗擾控制器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義9-10
• 1.2 四旋翼飛行器在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 自抗擾控制技術(shù)的發(fā)展情況14-16
• 1.4 主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 四旋翼飛行器飛行原理與動力學(xué)模型18-30
• 2.1 四旋翼飛行器控制原理18-21
• 2.2 基于Newton-Euler方法的動力學(xué)建模21-25
• 2.2.1 坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)系變換21-23
• 2.2.2 動力學(xué)模型的建立23-25
• 2.3 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)仿真模塊搭建25-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 紊流風(fēng)場模型的建立30-37
• 3.1 旋翼的空氣動力學(xué)分析30-31
• 3.2 四旋翼飛行器整體受力分析31-32
• 3.3 紊流風(fēng)場模型32-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 基于PD控制方法的控制器設(shè)計37-47
• 4.1 PID控制器基本原理介紹37-38
• 4.2 四旋翼飛行器PD控制器設(shè)計38-39
• 4.3 仿真驗證及結(jié)果分析39-45
• 4.3.1 位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(PD控制)39-43
• 4.3.2 風(fēng)場擾動下的位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(PD控制)43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 第5章 基于自抗擾控制原理的控制器設(shè)計47-68
• 5.1 PID控制器到自抗擾控制器47-48
• 5.2 自抗擾控制方法原理簡介48-55
• 5.2.1 跟蹤微分器工作原理49-51
• 5.2.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器工作原理51-54
• 5.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋律工作原理54-55
• 5.3 四旋翼飛行器自抗擾控制器設(shè)計55-59
• 5.3.1 自抗擾控制方法原理應(yīng)用55-56
• 5.3.2 自抗擾控制律設(shè)計56-59
• 5.4 仿真驗證及結(jié)果分析59-67
• 5.4.1 位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(ADRC控制)59-62
• 5.4.2 風(fēng)場擾動下的位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(ADRC控制)62-65
• 5.4.3 自抗擾控制器與PD控制器抗風(fēng)效果對比65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 致謝74

【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：1034310