本文關(guān)鍵詞：小型無人機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計及其自適應(yīng)方法研究　出處：《北京理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 小型無人機 自動駕駛儀 數(shù)據(jù)融合 自主起降 高效的L1自適應(yīng)控制

【摘要】：小型固定翼無人機的飛行控制可以分成三個階段:即自主起飛階段,自動巡航階段和自主降落階段。這三個階段是個復(fù)雜的控制過程,在這個控制過程中涉及到無人機的姿態(tài)控制,高度與速度控制以及無人機的導(dǎo)航控制。然而在每一個飛行階段都存在著未知干擾和參數(shù)不確定性,所以設(shè)計可靠的飛行控制系統(tǒng)變得尤為重要。本文設(shè)計了可靠的自動駕駛儀硬件系統(tǒng),并且在自動駕駛儀中實現(xiàn)了基本的PID控制方法。除此之外,還進一步進行了一種高效的L1自適應(yīng)控制方法在無人機飛行控制中的應(yīng)用研究,解決了在飛行控制過程中一些參數(shù)不確定性和未知干擾的影響,并且通過李雅普諾夫穩(wěn)定性理論證明了算法的穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容如下:首先,利用當(dāng)前先進的傳感器以及其他可靠的芯片設(shè)計了一款自動駕駛儀系統(tǒng),通過調(diào)試和相關(guān)的實驗測試滿足本文實驗用的小型無人機的各個控制要求。其次,通過對無人機飛行原理的分析,在自動駕駛儀中實現(xiàn)了基于PID的無人機自主起降,捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航控制,姿態(tài)控制等。在實現(xiàn)PID控制方法的基礎(chǔ)上,針對PID控制算法對參數(shù)不確定性和未知干擾及非線性特性的控制缺陷,在L1自適應(yīng)方法的基礎(chǔ)上結(jié)合極點配置控制算法和BGF(Bounded-Gain Forgetting)算法提出了一種高效的L1自適應(yīng)控制方法(High Performance L1 Adaptive Control,HPL1AC)。高效的L1自適應(yīng)控制算法解決了無人機飛行控制系統(tǒng)中的參數(shù)不確定性和未知干擾問題,尤其是時變的BGF自適應(yīng)增益使得算法在非零初始狀態(tài)下有更好的未知參數(shù)估計能力。然后給出了該算法的基于Lyapunov穩(wěn)定性證明,并且將本文提出的算法通過球桿系統(tǒng)控制器設(shè)計實驗與PID控制器進行了比較,驗證了該算法的較好的控制性能。除此之外,還將高效的L1自適應(yīng)控制算法應(yīng)用在無人機縱向模型控制仿真。通過對無人機縱向通道姿態(tài)角的控制仿真和無人機自主起降過程的仿真更進一步驗證了算法的有效性。最后將高效的L1自適應(yīng)控制方法與輸出反饋相結(jié)合,提出一種高效的L1自適應(yīng)濾波器,可有效的濾除干擾,通過仿真實驗驗證了算法的有效性。
[Abstract]:The flight control of a small fixed-wing UAV can be divided into three stages: autonomous take-off phase, automatic cruise phase and autonomous landing stage, which are complex control processes. In this control process, the attitude control, altitude and speed control and navigation control of the UAV are involved. However, there are unknown disturbances and parameter uncertainties in each flight phase. So it is very important to design a reliable flight control system. This paper designs a reliable autopilot hardware system and realizes the basic PID control method in autopilot. Furthermore, an efficient L1 adaptive control method is applied to UAV flight control, which solves the effects of uncertain parameters and unknown disturbances in flight control process. And the stability of the algorithm is proved by Lyapunov stability theory. The main research contents are as follows: firstly, an autopilot system is designed using advanced sensors and other reliable chips. Through debugging and related experimental tests to meet the control requirements of the small UAV used in this paper. Secondly, through the analysis of the flight principle of UAV. Autonomous takeoff and landing of UAV based on PID, Strapdown inertial navigation control, attitude control and so on are realized in autopilot. Based on the realization of PID control method. The control defects of PID control algorithm for parameter uncertainty, unknown disturbance and nonlinear characteristics are discussed. Combining pole placement control algorithm with BGF(Bounded-Gain Forgeting based on L1 adaptive method. An efficient L1 adaptive control method, High Performance L1 Adaptive Control, is proposed. The efficient L1 adaptive control algorithm solves the problem of parameter uncertainty and unknown disturbance in UAV flight control system. In particular, the time-varying BGF adaptive gain makes the algorithm have a better ability to estimate unknown parameters in the non-zero initial state. Then, the proof of the algorithm based on Lyapunov stability is given. In addition, the proposed algorithm is compared with the PID controller through the design experiment of the ball rod system controller, which verifies the better control performance of the algorithm. An efficient L1 adaptive control algorithm is also applied to the simulation of UAV longitudinal model control. The algorithm is further verified by the simulation of the attitude angle of the longitudinal channel and the autonomous take-off and landing process of the UAV. Finally, the efficient L1 adaptive control method is combined with the output feedback. An efficient L1 adaptive filter is proposed, which can effectively filter interference. The simulation results show that the algorithm is effective.
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 辛健成;美國海軍無人機發(fā)展歷程[J];機器人技術(shù)與應(yīng)用;2000年05期

2 時兆峰;以色列組建專門的無人機管理部門[J];飛航導(dǎo)彈;2001年10期

3 徐文;俄羅斯的無人機系統(tǒng)——格蘭特[J];飛航導(dǎo)彈;2003年07期

4 何一波;各國使用的主要輕型無人機[J];飛航導(dǎo)彈;2003年11期

5 馬曉平;系統(tǒng)工程學(xué)在無人機研制中的應(yīng)用[J];航空科學(xué)技術(shù);2003年04期

6 柯邊;“影子200”戰(zhàn)術(shù)無人機[J];航天電子對抗;2003年06期

7 溫羨嶠,李英;從美國無人機的發(fā)展來看無人機在未來戰(zhàn)爭中的應(yīng)用前景[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2003年05期

8 王永壽;日本無人機的研究開發(fā)現(xiàn)狀與動向[J];飛航導(dǎo)彈;2003年08期

9 袁剛輝;徐志紅;;不斷壯大的俄羅斯無人機家族[J];現(xiàn)代兵器;2003年02期

10 徐文;俄羅斯無人機的發(fā)展現(xiàn)狀[J];飛航導(dǎo)彈;2004年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王林;張慶杰;朱華勇;沈林成;;遠(yuǎn)程異地多無人機系統(tǒng)控制權(quán)切換技術(shù)研究[A];2009中國控制與決策會議論文集（3）[C];2009年

2 譚健美;張琚;閆娟;;信息無人機系統(tǒng)——無人機發(fā)展史上新的里程碑[A];第二屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C];2006年

3 黃愛鳳;鄧克緒;;民用無人機發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[A];第九屆長三角科技論壇——航空航天科技創(chuàng)新與長三角經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展分論壇論文集[C];2012年

4 劉長亮;;無人機發(fā)動機氣道開度自適應(yīng)機構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第三分冊）[C];2009年

5 丁霖;;無人機系統(tǒng)人機交互界面淺析[A];探索 創(chuàng)新 交流（第4集）——第四屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C];2010年

6 劉澤坤;呂繼淮;;艦載無人機系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性[A];人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程創(chuàng)立20周年紀(jì)念大會暨第五屆全國人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

7 葉烽;宋祖勛;;無人機系統(tǒng)電磁兼容性測試研究[A];第十四屆全國電磁兼容學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

8 易當(dāng)祥;呂國志;沈玲玲;;多級路況下車載無人機疲勞載荷仿真[A];第十二屆全國疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

9 錢正祥;金繼才;楊鷺怡;;未來局部戰(zhàn)爭中反無人機作戰(zhàn)對策研究[A];探索創(chuàng)新交流－－中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C];2004年

10 高鵬騏;晏磊;趙紅穎;何定洲;;無人機遙感控制平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[A];第十五屆全國遙感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文摘要集[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 洪山;法國、德國和西班牙簽約共同研發(fā)三國無人機系統(tǒng)[N];中國航空報;2007年

2 崔璽康;對抗無人機所面臨的新挑戰(zhàn)[N];中國航空報;2007年

3 林英;無人機將進入現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[N];光明日報;2007年

4 本報記者 陳永杰　馬佳;中國無人機亮相：戰(zhàn)爭“零傷亡”將實現(xiàn)[N];北京科技報;2008年

5 祖茜楓;“綜合者”：攜帶小導(dǎo)彈的小無人機[N];中國國防報;2008年

6 王磊;印度期望打造強大無人機部隊[N];學(xué)習(xí)時報;2009年

7 李荔;無人機“俯瞰”黃河災(zāi)情[N];北京科技報;2011年

8 本報記者 宋斌斌;我國無人機應(yīng)用高端化趨勢明顯[N];中國工業(yè)報;2011年

9 吳飛;反恐十年無人機扶搖直上[N];中國航空報;2011年

10 司古;美無人機遭神秘病毒入侵[N];國防時報;2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉洋;動態(tài)環(huán)境中的無人機路徑規(guī)劃研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

2 高九州;無人機自主著陸控制[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所);2016年

3 陳巖;蟻群優(yōu)化理論在無人機戰(zhàn)術(shù)控制中的應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

4 林林;基于協(xié)同機制的多無人機任務(wù)規(guī)劃研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

5 劉春陽;無人機隱身技術(shù)若干問題研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

6 王小剛;非線性濾波方法在無人機相對導(dǎo)航上的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 黃國勇;變推力軸線無人機飛行控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

8 鄭維剛;基于無人機紅外影像技術(shù)的配電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

9 許德新;無人機光電載荷視軸穩(wěn)定技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

10 唐晏;基于無人機采集圖像的植被識別方法研究[D];成都理工大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙敏;分布式多類型無人機協(xié)同任務(wù)分配研究及仿真[D];南京理工大學(xué);2009年

2 劉志花;無人機故障預(yù)測與健康管理技術(shù)研究[D];北京化工大學(xué);2010年

3 劉愛兵;可變形無人機設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2009年

4 易姝姝;無人機飛行場景及數(shù)據(jù)的可視化仿真與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2010年

5 張佳璐;無人機項目綜合評價研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

6 趙志鴻;某型無人機雙發(fā)火箭助推發(fā)射動力學(xué)建模與仿真研究[D];南京理工大學(xué);2007年

7 李建華;某無人機發(fā)射系統(tǒng)技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2008年

8 戴世通;無人機飛行可視化仿真系統(tǒng)設(shè)計[D];西安理工大學(xué);2008年

9 曹攀峰;敵對與非敵對環(huán)境下無人機群的協(xié)同搜索路徑與策略研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

10 張錫憲;無人機測控中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2009年

，

本文編號：1437419