本文關鍵詞：基于Y型結構的四旋翼飛行器的設計與姿態(tài)控制的研究

  更多相關文章： Y型四旋翼飛行器 物理系統(tǒng) 動力學建模與分析 微分串級PID 自抗擾控制

【摘要】：旋翼飛行器是一種以電能為能源供應的、具有自主平衡性的、可以人機交互或自主飛行的飛行器。本文以一種新型基于Y型結構的四旋翼飛行器(four-rotor aircraft based on the structure of“Y”,后簡稱YFRA)為研究對象,整體結構形式既采用了共軸式直升飛機的類似結構,又吸取了多旋翼飛行器的多旋翼平衡布局形式,具有簡單平衡的結構特性,并且搭建了相對應的電氣系統(tǒng);接下來以Y型四旋翼飛行器(YFRA)為研究目標進行了數(shù)學模型的建立,構建了相應的控制器,完成了仿真與物理實驗。本文研究設計了Y型四旋翼飛行器的物理系統(tǒng)結構,建立了相應的數(shù)學模型,在整體動力學特性分析的基礎上,對其姿態(tài)控制方法進行了研究,并完成物理實驗,通過一系列的研究取得了以下主要研究成果:第一、Y型四旋翼飛行器的物理系統(tǒng)的建立本文設計了YFRA的整體機械結構與電氣系統(tǒng),該種飛行器在原有的四旋翼飛行器基礎上使空間分配更加合理化;在同樣大小的電機螺旋槳下選用的機架可以比傳統(tǒng)四旋翼的材質(zhì)用的更少,將Y型連接起來構成的三角形的空間占有大小比傳統(tǒng)四旋翼更小,Y型四旋翼飛行器可以通過尾槳確定飛行器的方向,并且三角形更具有穩(wěn)定性。本文在第二章通過Solid Works軟件制作YFRA的機械結構,接下來基于Arduino環(huán)境下的C/C++語言將控制方法導入基于mega256核心處理器的核心板完成實物制作,并且最后完成懸停和俯仰運動的飛行任務,獲得較好的實驗結果,并且對實驗結果進行分析,證明了物理系統(tǒng)與控制方法的有效性。第二、Y型四旋翼飛行器的動力學建模與分析本文基于此種飛行器的特殊結構進行數(shù)學模型的建立,在合理的模型假設下,采用拉格朗日方法建立了YFRA的動力學模型,并通過歐拉模型驗證模型的正確性與有效性,最后根據(jù)數(shù)學模型分析了YFRA系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性。第三、基于微分串級PID方法的Y型四旋翼飛行器高度與姿態(tài)的控制研究本文將YFRA的姿態(tài)平衡控制問題分為姿態(tài)平衡控制和高度平衡控制。微分串級PID控制器的設計思想是根據(jù)YFRA的動力學特性以及被控對象在不同狀態(tài)下響應曲線的數(shù)學分析,將姿態(tài)變化率作為參量引入到姿態(tài)平衡控制器中,實現(xiàn)對YFRA的姿態(tài)傾角和高度的有效控制。通過和其他控制方法的對比實驗表明:針對姿態(tài)平衡控制問題,該控制方法能更有效地控制飛行器的姿態(tài),有更強的抗干擾能力;并在物理平臺上有效地驗證了該種控制方法的優(yōu)越性。第四、基于自抗擾控制方法的Y型四旋翼飛行器姿態(tài)的控制研究本文搭建自抗擾控制器通過和其他控制方法的對比實驗表明:針對姿態(tài)平衡控制問題,該控制方法能更有效地控制飛行器的姿態(tài),有更強的抗干擾能力;基于此模型的信號跟蹤問題,自抗擾控制方法能有效對其進行跟蹤并且在高斯白噪聲影響下不會受到太大影響,并具有大范圍的穩(wěn)定性和魯棒性。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1

【相似文獻】

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[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：1200121