本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)辨識(shí)研究

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【摘要】：四旋翼飛行器的多輸入多輸出非線性特性導(dǎo)致其準(zhǔn)確機(jī)理模型的獲取相當(dāng)困難,而通過系統(tǒng)辨識(shí)可以相對(duì)容易得到飛行器的數(shù)學(xué)模型。測(cè)試信號(hào)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)辨識(shí)最終成敗的關(guān)鍵要素,最優(yōu)測(cè)試信號(hào)旨在利用最小測(cè)試功率來獲取對(duì)象過程的最大信息。本文工作主要包括飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和閉環(huán)最優(yōu)測(cè)試信號(hào)的設(shè)計(jì),利用最優(yōu)測(cè)試信號(hào)對(duì)飛行器模型進(jìn)行辨識(shí),在辨識(shí)模型基礎(chǔ)上優(yōu)化PID控制器參數(shù),并利用仿真和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提出辨識(shí)方案的可行性；具體如下：1.設(shè)計(jì)完成飛行器硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。詳細(xì)分析四旋翼飛行器的飛行原理和機(jī)理模型,指出“X”模式下飛行器通過電機(jī)轉(zhuǎn)速差完成六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)；通過機(jī)理模型分析和仿真建模充分把握飛行器運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及控制特性；根據(jù)反饋控制框架完成飛行控制系統(tǒng)的整體硬件方案設(shè)計(jì)；完成硬件選型和電路設(shè)計(jì)。2.根據(jù)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成軟件方案設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)基于串級(jí)PID控制的控制算法,該算法內(nèi)環(huán)控制對(duì)象為三軸角速率,外環(huán)控制對(duì)象為姿態(tài)角；結(jié)合不同姿態(tài)傳感器高低頻特性互補(bǔ)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)基于互補(bǔ)濾波的四元素姿態(tài)解算算法,該算法可解決“萬向軸鎖”問題；根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)編寫底層控制和上位機(jī)軟件代碼；完成軟件模塊測(cè)試和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)飛行實(shí)驗(yàn)。3.實(shí)現(xiàn)一種最大信息的閉環(huán)最優(yōu)測(cè)試信號(hào)設(shè)計(jì)方法。該方法充分考慮噪聲模型,將參數(shù)協(xié)方差矩陣在頻域范圍內(nèi)展開,構(gòu)造一個(gè)約束條件為線性不等式的凸優(yōu)化問題進(jìn)行求解并將測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)化為余弦信號(hào)疊加表達(dá)式；Monte-Carlo測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明相同功率的前提下該測(cè)試信號(hào)能比隨機(jī)二進(jìn)制和廣義二進(jìn)制噪聲信號(hào)得到更加準(zhǔn)確的模型。4.完成四旋翼飛行器閉環(huán)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用PEM辨識(shí)方法和最優(yōu)測(cè)試信號(hào)完成飛行器的仿真辨識(shí)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明基于最優(yōu)測(cè)試信號(hào)的系統(tǒng)辨識(shí)可以獲得精確的數(shù)學(xué)模型；利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行物理辨識(shí)實(shí)驗(yàn),并在辨識(shí)模型基礎(chǔ)上優(yōu)化PID控制參數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法可提高飛行器的控制性能。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V216.8

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本文編號(hào)：1191674