發(fā)布時間：2018-06-14 21:48

  本文選題：四旋翼無人機 + 非線性建模�。� 參考：《東南大學》2015年碩士論文

【摘要】：四旋翼無人機是一種性能優(yōu)良的無人機。與常規(guī)固定翼無人機相比,它具有機械結構簡單,可垂直起降,安全性好,能實現側飛、倒飛等動作等諸多優(yōu)點,在軍事、民用等領域具有廣闊的應用前景。本文以四旋翼無人機為研究對象,對四旋翼無人機飛行實驗平臺設計、非線性建模、非線性控制算法設計、姿態(tài)解算等進行了研究。首先,針對本課題組的研究需求,從機架整體設計、硬件選型、軟件設計三方面對四旋翼無人機飛行實驗平臺進行了設計。其中機架整體設計從機械要求、控制性能、飛行任務要求三個角度進行了分析；硬件選型主要針對飛行需求,本著輕便靈活的原則對各模塊進行選擇；軟件設計則主要是指對無人機系統(tǒng)總體軟件流程進行設計,并對初始化、傳感器數據采集、安全檢測三部分作了進一步的設計。其次,對微小型四旋翼無人機進行數學建模并設計相應的控制系統(tǒng)。數學建模部分根據無人機的飛行原理和剛體的空間運動方程,并結合具體的無人機對象,建立了四旋翼無人機的非線性數學模型。針對四旋翼無人機難以建立精確模型的特點,利用自抗擾控制方法,結合所建模型中姿態(tài)環(huán)節(jié)的具體形式,分別設計了滾轉、俯仰和偏航通道的自抗擾解耦控制器,并利用仿真實驗驗證了控制器的性能。最后,針對傳感器模塊直接測量信息存在較大偏差的現象,設計姿態(tài)測量系統(tǒng)以提高無人機傳感器模塊信息測量的整體性能。在分析了傳感器的測量誤差產生原因的基礎上,結合陀螺儀、加速度計、地磁計的測量特性,對多傳感器的測量信息進行整合。基于迭代的擴展卡爾曼濾波算法,設計了基于IEKF的四旋翼無人機姿態(tài)測量系統(tǒng),并通過實驗驗證了該設計的有效性。
[Abstract]:The four-rotor UAV is a kind of UAV with excellent performance. Compared with the conventional fixed-wing UAV, it has many advantages, such as simple mechanical structure, vertical take-off and landing ability, good security, side flight, inverted flight and so on, so it has a broad application prospect in military, civil and other fields. In this paper, a four-rotor UAV flight experimental platform design, nonlinear modeling, nonlinear control algorithm design, attitude calculation and so on are studied. Firstly, according to the research demand of our group, the flight experimental platform of four-rotor UAV is designed from three aspects: the overall design of the frame, the selection of hardware and the design of software. The overall design of the frame is analyzed from three aspects: mechanical requirements, control performance and mission requirements; hardware selection is mainly aimed at flight requirements, and each module is selected according to the principle of portability and flexibility. The software design mainly refers to the design of the overall software flow of UAV system, and the further design of initialization, sensor data acquisition and security detection. Secondly, the micro four-rotor UAV is modeled and the corresponding control system is designed. In the part of mathematical modeling, the nonlinear mathematical model of four-rotor UAV is established according to the flight principle of UAV and the space motion equation of rigid body, and combined with the object of UAV. In view of the difficulty of establishing accurate model of four-rotor UAV, the active disturbance rejection decoupling controller of roll, pitch and yaw channel is designed by using the active disturbance rejection control method and the specific form of attitude link in the established model. The performance of the controller is verified by simulation experiments. Finally, the attitude measurement system is designed to improve the overall performance of UAV sensor module information measurement. Based on the analysis of the causes of measurement errors of sensors, the measurement information of multi-sensor is integrated with the measurement characteristics of gyroscopes, accelerometers and geomagnemeters. An IEKF-based attitude determination system for a four-rotor UAV is designed based on iterative extended Kalman filtering algorithm. The effectiveness of the design is verified by experiments.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V279;V249.1

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本文編號：2019063