【摘要】：無人機具有靈活輕便、成本低廉等優(yōu)點,無論在軍事還是民用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。飛行環(huán)境的日趨復(fù)雜和飛行任務(wù)的多樣化,對自主飛行的無人機都提出了新的要求和挑戰(zhàn)。為此,本文研究了無人機的航跡規(guī)劃、姿態(tài)測量方法及飛行控制等相關(guān)技術(shù)。主要工作如下:首先,對無人機及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,包括無人機的航跡規(guī)劃、基于MEMS的姿態(tài)測量和飛行控制系統(tǒng)。其次,研究了基于蟻群算法的航跡規(guī)劃方法。在無人機航跡規(guī)劃問題中,采用柵格法表示航跡規(guī)劃空間,構(gòu)建了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),應(yīng)用改進(jìn)蟻群算法對其進(jìn)行了求解,并利用MATLAB進(jìn)行了仿真驗證。然后,采用互補濾波實現(xiàn)了基于MEMS的姿態(tài)測量方法。研究了姿態(tài)的表示方法、四元數(shù)到歐拉角的轉(zhuǎn)換及其全角度擴(kuò)展;分別利用角速度陀螺儀和利用加速度計、磁強計優(yōu)化方法進(jìn)行了姿態(tài)求解,對兩種方法進(jìn)行了融合,得到互補濾波算法,并對其進(jìn)行了編程實現(xiàn)和實物測量試驗。最后,進(jìn)行了飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真實驗研究。根據(jù)飛行控制系統(tǒng)的需求,設(shè)計了飛行控制系統(tǒng)總體方案,包括硬件組成、軟件系統(tǒng)的設(shè)計;建立了無人機的數(shù)學(xué)模型,研究了基于PID的飛行控制方法,并進(jìn)行了仿真和部分實驗驗證。
[Abstract]:Unmanned aerial vehicles (UAVs) have been widely used in both military and civil fields due to their advantages of flexibility, portability and low cost. With the increasing complexity of flight environment and the diversification of flight missions, new requirements and challenges are put forward for autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs). Therefore, this paper studies the flight path planning, attitude determination and flight control of UAV. The main work is as follows: firstly, the development and current situation of UAV and its related technologies are reviewed, including the trajectory planning of UAV, attitude determination and flight control system based on MEMS. Secondly, the track planning method based on ant colony algorithm is studied. In the UAV trajectory planning problem, the grid method is used to represent the track planning space, and the optimization objective function is constructed. The improved ant colony algorithm is applied to solve the problem, and the simulation results are verified by MATLAB. Then, the attitude determination method based on MEMS is realized by complementary filtering. The expression method of attitude, the conversion from quaternion to Euler angle and its full angle expansion are studied, and the attitude solution is carried out by using angular velocity gyroscope, accelerometer and magnetometer optimization method, respectively, and the two methods are fused. The complementary filtering algorithm is obtained, and it is programmed and tested. Finally, the flight control system is designed and simulated. According to the requirements of flight control system, the overall scheme of flight control system is designed, including the design of hardware and software system, the mathematical model of UAV is established, and the flight control method based on PID is studied. Simulation and some experiments are carried out.
【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

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本文編號：2210087