本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人飛行器魯棒控制器設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 四旋翼無人飛行器 PID控制 滑�？刂� 魯棒控制

【摘要】：四旋翼無人飛行器是一種具有六個自由度并且能夠垂直起降的無人機(jī),它以其低成本、結(jié)構(gòu)簡單和獨(dú)特的飛行方式等特點(diǎn)在軍事和民用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文在綜述了四旋翼無人飛行器的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)其動力學(xué)特性和運(yùn)動學(xué)特性建立了數(shù)學(xué)模型,然后分析了該模型的多變量、非線性、欠驅(qū)動和強(qiáng)耦合的系統(tǒng)特性,將多種控制方法應(yīng)用于四旋翼無人飛行器系統(tǒng),并通過數(shù)字仿真和試飛實(shí)驗(yàn)對本文提出的方法進(jìn)行分析和驗(yàn)證。主要的研究內(nèi)容和成果包括：首先,針對四旋翼無人飛行器的動力學(xué)特性,根據(jù)牛頓定律和歐拉方程推導(dǎo)出位移和姿態(tài)的動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上結(jié)合Qball-X4無人機(jī)工具實(shí)驗(yàn)平臺的電機(jī)模型和相關(guān)器件參數(shù)建立起該無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型。其次,分析了四旋翼無人飛行器的室內(nèi)自主飛行過程,把該過程劃分為起飛、點(diǎn)對點(diǎn)軌跡飛行和降落三個階段,運(yùn)用有限狀態(tài)機(jī)原理設(shè)計了室內(nèi)自主飛行的邏輯監(jiān)控程序。再次,在本文所建數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計了姿態(tài)內(nèi)環(huán)和位置外環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)PID控制器,并且在內(nèi)外環(huán)之間根據(jù)姿態(tài)和位置耦合關(guān)系采用導(dǎo)航系統(tǒng)采集到的偏航角進(jìn)行了控制量校正。運(yùn)用Simulink搭建四旋翼無人飛行器仿真系統(tǒng),仿真驗(yàn)證了所設(shè)計控制器的有效性,之后把該控制器應(yīng)用到Qball-X4實(shí)驗(yàn)平臺,成功實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)懸停。最后,針對系統(tǒng)實(shí)際飛行過程中的環(huán)境干擾和不確定性,分高度、滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航四個通道設(shè)計了滑模變結(jié)構(gòu)控制器,推導(dǎo)出使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制量表達(dá)式,并對其進(jìn)行了Lyapunov穩(wěn)定性分析。其后進(jìn)行了定點(diǎn)懸停和魯棒性分析仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比于經(jīng)典PID控制,該控制器在響應(yīng)速度和魯棒性等方面均有明顯改善。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1

【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：1241190