本文關(guān)鍵詞：基于視覺的六旋翼飛行器的組合導(dǎo)航與控制

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【摘要】：近些年,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,無人機(jī)飛行技術(shù)逐漸從軍用領(lǐng)域向大眾消費(fèi)者領(lǐng)域普及。其中,多旋翼飛行器由于其飛行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、方便維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用到航拍攝影、軍事偵察、災(zāi)情監(jiān)視等領(lǐng)域。而在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域,它發(fā)揮著重要的作用,如復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)航[1]、飛行器數(shù)學(xué)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(dǎo)航[8]和地圖構(gòu)建(SLAM)[9]和編隊(duì)飛行[10]�；谝曈X信息與傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組合導(dǎo)航,能夠解決目前亟待解決的室內(nèi)導(dǎo)航難題,不僅提高飛行器導(dǎo)航的精度,而且增強(qiáng)了導(dǎo)航的可靠性。因此,本文對(duì)基于視覺的組合導(dǎo)航和控制進(jìn)行了研究。本文主要完成的工作有以下幾點(diǎn):1.提出了視覺位置、姿態(tài)測(cè)量的方案,設(shè)計(jì)了特定的標(biāo)識(shí)物,并給出了通過特定標(biāo)識(shí)物來判斷飛行器位置和姿態(tài)的方法,并驗(yàn)證了算法的可行性以及精度。視覺位姿測(cè)量的核心包括快速頂點(diǎn)識(shí)別算法和視覺相對(duì)位姿的測(cè)量;2.針對(duì)傳統(tǒng)的慣導(dǎo)測(cè)量中陀螺儀的時(shí)間漂移問題,通過加速度計(jì)和羅盤對(duì)慣導(dǎo)進(jìn)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(jì)算法融合視覺和慣導(dǎo)的測(cè)量結(jié)果;針對(duì)視覺和慣導(dǎo)頻率不一致和視覺測(cè)量可能出現(xiàn)的粗大誤差問題,對(duì)卡爾曼濾波的算法進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(duì)飛行器的三個(gè)位置參數(shù)X、Y、Z和三個(gè)姿態(tài)參數(shù)?、?、?設(shè)計(jì)了共六個(gè)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(fēng)等外部擾動(dòng)對(duì)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(xué)模型,搭建了六旋翼飛行器的仿真平臺(tái)。仿真平臺(tái)采用Simulink和Virtual Reality(VR)工具箱,可以方便的對(duì)控制算法的可行性進(jìn)行驗(yàn)證,還能以3D的形式展示飛行器的動(dòng)態(tài)飛行過程。先通過仿真平臺(tái)驗(yàn)證了控制算法,后再應(yīng)用于實(shí)際的飛行器中,這無論對(duì)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(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1305965