本文關鍵詞：基于視覺的六旋翼飛行器的組合導航與控制

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【摘要】：近些年,隨著科學技術(shù)的進步,無人機飛行技術(shù)逐漸從軍用領域向大眾消費者領域普及。其中,多旋翼飛行器由于其飛行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、方便維護等優(yōu)點,被廣泛應用到航拍攝影、軍事偵察、災情監(jiān)視等領域。而在學術(shù)研究領域,它發(fā)揮著重要的作用,如復雜環(huán)境導航[1]、飛行器數(shù)學模型的構(gòu)建[2]、姿態(tài)控制算法的研究[3-6]、室內(nèi)外飛行避障[7]、定位導航[8]和地圖構(gòu)建(SLAM)[9]和編隊飛行[10]。基于視覺信息與傳統(tǒng)的慣性導航系統(tǒng)的組合導航,能夠解決目前亟待解決的室內(nèi)導航難題,不僅提高飛行器導航的精度,而且增強了導航的可靠性。因此,本文對基于視覺的組合導航和控制進行了研究。本文主要完成的工作有以下幾點:1.提出了視覺位置、姿態(tài)測量的方案,設計了特定的標識物,并給出了通過特定標識物來判斷飛行器位置和姿態(tài)的方法,并驗證了算法的可行性以及精度。視覺位姿測量的核心包括快速頂點識別算法和視覺相對位姿的測量;2.針對傳統(tǒng)的慣導測量中陀螺儀的時間漂移問題,通過加速度計和羅盤對慣導進行修正,一定程度緩解了陀螺儀的漂移問題;采用卡爾曼濾波的最優(yōu)估計算法融合視覺和慣導的測量結(jié)果;針對視覺和慣導頻率不一致和視覺測量可能出現(xiàn)的粗大誤差問題,對卡爾曼濾波的算法進行了相應的改進。最后通過實驗驗證了融合的效果;3.提出了飛行器位姿的自抗擾(ADRC)控制器。針對飛行器的三個位置參數(shù)X、Y、Z和三個姿態(tài)參數(shù)?、?、?設計了共六個ADRC自抗擾控制器。自抗擾控制不依賴系統(tǒng)模型,可以消除通道耦合,并且克服刮風等外部擾動對系統(tǒng)的影響,是飛行器控制的理想選擇;4.依照六旋翼飛行器的數(shù)學模型,搭建了六旋翼飛行器的仿真平臺。仿真平臺采用Simulink和Virtual Reality(VR)工具箱,可以方便的對控制算法的可行性進行驗證,還能以3D的形式展示飛行器的動態(tài)飛行過程。先通過仿真平臺驗證了控制算法,后再應用于實際的飛行器中,這無論對于降低研究成本,提高科研的效率都具有十分積極的意義。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249

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