本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 姿態(tài)位置控制 非線性狀態(tài)誤差反饋 最速反饋綜合函數(shù) 雙閉環(huán)PID控制器

【摘要】：四旋翼無(wú)人飛行器憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,垂直起降,靈活穩(wěn)定等特點(diǎn),近些年來(lái)在科研、民用市場(chǎng)、軍事上都引起了極大的關(guān)注,具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。然而其穩(wěn)定飛行,必須借助飛行控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。由于四旋翼飛行器是一個(gè)典型的多輸入多輸出、非線性的強(qiáng)耦合復(fù)雜系統(tǒng),對(duì)其飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),意味著對(duì)其數(shù)學(xué)模型、運(yùn)動(dòng)信息觀測(cè)器、運(yùn)動(dòng)控制器等方面的研究與設(shè)計(jì)。本文圍繞四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)展開研究,并將研究設(shè)計(jì)主要分成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、傳感觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)和位置控制器設(shè)計(jì)五個(gè)部分。首先對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的電子硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),獲取了主要傳感器的性能參數(shù),制定了程序部分的主要流程;再運(yùn)用牛頓—?dú)W拉力學(xué)體系,對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)特征、動(dòng)力特征進(jìn)行數(shù)學(xué)建模研究,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)電機(jī)—旋翼力學(xué)模型進(jìn)行了研究;然后根據(jù)傳感器性能及飛行環(huán)境將會(huì)對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)帶來(lái)的干擾,設(shè)計(jì)了窗口滑動(dòng)濾波器和巴特沃斯數(shù)字低通濾波器對(duì)相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪處理,同時(shí)針對(duì)飛行器的航姿系統(tǒng)和組合導(dǎo)航系統(tǒng),設(shè)計(jì)了基于互補(bǔ)濾波思想的數(shù)據(jù)融合解算算法,使飛行控制系統(tǒng)能獲得較為準(zhǔn)確的飛行器角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)信息。接著根據(jù)四旋翼飛行器的姿態(tài)模型,分別設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)PID控制器和重點(diǎn)研究的基于最速反饋綜合函數(shù)的非線性狀態(tài)誤差反饋控制器,并通過仿真研究、對(duì)比分析與實(shí)際飛行,證明了兩種控制器的有效性及后者在快速性、穩(wěn)定性上的優(yōu)勢(shì);最后根據(jù)四旋翼飛行器的線運(yùn)動(dòng)模型,設(shè)計(jì)前饋—反饋PI控制器對(duì)豎直方向加速度進(jìn)行控制,設(shè)計(jì)三閉環(huán)狀態(tài)誤差反饋控制器及LQR控制器對(duì)高度進(jìn)行控制,設(shè)計(jì)雙閉環(huán)PID控制器控制水平運(yùn)動(dòng),并通過仿真分析與實(shí)際飛行驗(yàn)證了各控制器的有效性。最終完成了對(duì)四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)四旋翼飛行器的六自由度運(yùn)動(dòng)控制。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1

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1 ;未來(lái)10年將生產(chǎn)5448架軍用旋翼機(jī)[J];航空維修與工程;2005年01期

2 陸洋;李建波;朱清華;;自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)配平及操縱響應(yīng)特性[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2008年05期

3 道格拉斯·羅伊斯;趙;;民用旋翼機(jī)市場(chǎng)前景不容樂觀[J];國(guó)際航空;2010年03期

4 徐慧;張伯虎;董文柱;石婷;;多功能無(wú)人旋翼機(jī)在公共安全方面的應(yīng)用[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2011年20期

5 馮磊;佟勇;宋秀峰;;旋翼飛行器概述[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2012年29期

6 金德余;;航宇18-A型旋翼機(jī)[J];直升機(jī)技術(shù);1994年03期

7 蔡汝鴻;;潛水艇載風(fēng)箏式旋翼機(jī)[J];直升機(jī)技術(shù);1994年04期

8 申斌;吳一波;林冬生;;旋翼機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用[J];科技傳播;2013年23期

9 蔡汝鴻;;卡特旋翼機(jī)(三)——精彩紛呈的卡特旋翼機(jī)[J];航空知識(shí);2005年06期

10 李長(zhǎng)江;;新穎奇特的旋翼機(jī)[J];航空知識(shí);1999年04期

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1 唐正飛;;旋翼飛行器及其系統(tǒng)發(fā)展研究[A];航空科學(xué)技術(shù)學(xué)科發(fā)展報(bào)告（2010-2011）[C];2011年

2 章洪;;新概念“直升旋翼機(jī)”[A];第六屆中國(guó)科學(xué)家論壇論文匯編[C];2007年

3 ;旋翼無(wú)人機(jī)參賽報(bào)告[A];2004中國(guó)空中機(jī)器人大賽論文匯編[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張廣林 張慧;世界旋翼機(jī)市場(chǎng)預(yù)測(cè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和啟示[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2008年

2 李昊;美陸軍將啟動(dòng)高速旋翼機(jī)研制項(xiàng)目[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2011年

3 本報(bào)記者 胡海波;自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)：會(huì)飛的“風(fēng)車”[N];中國(guó)民航報(bào);2011年

4 高翔;美陸軍基于亞太戰(zhàn)略評(píng)估其旋翼機(jī)計(jì)劃[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2012年

5 黎時(shí);1923：旋翼機(jī)問世[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2003年

6 姜曙光;未來(lái)十年生產(chǎn)5448架軍用旋翼機(jī)[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2004年

7 姜曙光;蒂爾預(yù)測(cè)未來(lái)十年旋翼機(jī)市場(chǎng)[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2004年

8 王蘭;輕型軍用旋翼機(jī)市場(chǎng)將步入緊縮期[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2011年

9 記者 劉軍國(guó);日本 美將如期部署“魚鷹”旋翼機(jī)[N];人民日?qǐng)?bào);2012年

10 李昊;美國(guó)開展下一代高速旋翼機(jī)技術(shù)預(yù)研項(xiàng)目[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2014年

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1 王超;電控旋翼直升機(jī)氣動(dòng)特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

2 朱清華;自轉(zhuǎn)旋翼飛行器總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

3 陳淼;自轉(zhuǎn)式無(wú)人旋翼機(jī)飛行控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

4 魏鵬;旋翼非定常流場(chǎng)的黏性渦數(shù)值模擬方法及其混合方法的研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

5 肖中云;旋翼流場(chǎng)數(shù)值模擬方法研究[D];中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心;2007年

6 彭程;共軸八旋翼無(wú)人飛行器姿態(tài)與航跡跟蹤控制研究[D];吉林大學(xué);2015年

7 鄧寅U，

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