本文關(guān)鍵詞：四軸飛行器自主飛行的研究　出處：《長沙理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：四軸飛行器被越來越多地應(yīng)用到軍事、高危作業(yè)及一般民用領(lǐng)域,例如對自然災(zāi)害或恐怖襲擊發(fā)生地區(qū)進行情報信息的收集、實時監(jiān)測有害污染物的動向和第一人物視角航拍等。四軸不但有巨大的實用價值,還具有很好的科研價值,它為慣性導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制理論和計算機技術(shù)等多技術(shù)領(lǐng)域提供了一個研究平臺。國內(nèi)針對四軸的研究主要集中在姿態(tài)控制上,對于四軸飛行器自主飛行控制的研究還比較少。從上述實用、科研等多方面考慮,論文設(shè)計了一種小型可自主飛行的四軸飛行器,做了以下工作:(1)詳細(xì)介紹了四軸飛行器的機械結(jié)構(gòu)和飛行原理,對其動力學(xué)和運動學(xué)特性進行了分析,建立了簡化的動力學(xué)模型。采用PID控制算法設(shè)計了飛行控制器。(2)針對四軸飛行器自主飛行任務(wù),綜合考慮飛行路徑約束條件進行了飛行路徑規(guī)劃。基于數(shù)控系統(tǒng)插補算法提出了飛行軌跡規(guī)劃算法,在進行多次飛行試驗后,發(fā)現(xiàn)該算法飛行效果不理想。基于此,在對目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的飛行軌跡規(guī)劃算法進行改進后,提出了飛行軌跡規(guī)劃改進算法,使得飛行器能夠按照預(yù)定路徑進行自主飛行。(3)設(shè)計了飛行任務(wù)控制器。飛行任務(wù)控制器根據(jù)規(guī)劃的飛行軌跡,給出飛行控制輸入量,指揮四軸飛行器按照預(yù)定規(guī)劃路徑進行自主飛行,是飛行任務(wù)控制系統(tǒng)的核心部分。(4)對飛行控制系統(tǒng)進行了硬件和軟件設(shè)計,給出了相應(yīng)硬件原理圖和控制系統(tǒng)軟件流程圖。利用Matlab/Simulink控制系統(tǒng)仿真平臺,采用最優(yōu)PID自整定方法,對飛行控制器進行了仿真,并對仿真曲線進行了具體分析。最后,制作了四軸飛行器試驗樣機并進行了飛行試驗,試驗表明樣機能夠按照預(yù)定規(guī)劃路徑進行自主飛行。論文在考慮飛行路徑約束條件的前提下,進行了飛行路徑規(guī)劃。基于數(shù)控插補算法,給出了飛行軌跡規(guī)劃算法;對目前國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的飛行軌跡規(guī)劃算法進行改進后,提出了一種飛行軌跡規(guī)劃改進算法。設(shè)計了一個飛行任務(wù)控制器,使得飛行器能夠按照預(yù)定規(guī)劃路徑進行自主飛行。通過仿真和飛行試驗,驗證了飛行控制器和飛行軌跡規(guī)劃算法的可行性,實現(xiàn)了自主飛行的目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V279;V249

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本文編號：1309523