發(fā)布時間：2017-03-18 05:00

  本文關鍵詞：基于視覺導航小型無人機自主著陸控制策略研究與應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是一種外形新穎、性能卓越的無人直升機，具有獨特的飛行能力，已經廣泛應用于航拍中。自主著陸是無人機飛行控制系統(tǒng)的重要功能之一，直接影響無人機自主能力和工程應用水平。本文以X450四旋翼飛行器為平臺，主要研究其飛行控制與基于視覺導航的自主著陸中的控制策略問題。 本文首先對已建立的四旋翼飛行器數(shù)學模型進行了懸停工作點的配平及線性化，分析了其線性化結果，通過對模型的分析發(fā)現(xiàn)所建模型與實際四旋翼飛行器有一定的誤差，所建模型并不精確。分析四旋翼飛行器所做任務，文中考慮四旋翼無人機在巡航、點對點等飛行狀態(tài)下還是采用GPS導航方式進行工作，，僅僅在自主著陸狀態(tài)下采用視覺系統(tǒng)進行著陸導航。 根據(jù)所建模型不精確和飛行器易受外界擾動的特點內環(huán)姿態(tài)控制采用自抗擾控制，外環(huán)位置控制采用經典PID控制的方法。仿真結果表明，自抗擾具有良好的魯棒性，可以對內擾（模型參數(shù)不確定）和外擾進行估計補償。PID/ADRC控制結構能讓四旋翼飛行器很好的跟蹤預定軌跡�；谝曈X系統(tǒng)與GPS導航系統(tǒng)的區(qū)別，提出視覺著陸控制過程采用單獨的控制算法。 根據(jù)視覺系統(tǒng)獲取信息滯后以及視覺采樣頻率與控制采樣頻率不統(tǒng)一的問題，本文提出對視覺信息進行預測和插補。通過采用AR模型預測方法對飛行器與著陸場相對位置進行處理建立AR模型，再采用遺忘因子遞歸最小二乘法來估計AR模型中的參數(shù)，解決系統(tǒng)延遲問題，仿真結果表明此預測方法具有較好的效果。 最后，本文進行了四旋翼飛行器的整個控制系統(tǒng)仿真驗證。仿真采用了Stateflow工具箱實現(xiàn)狀態(tài)機進行飛行任務管理，同時采用視景仿真軟件flightgeat對仿真過程可視化。仿真結果表明，本文所設計的控制系統(tǒng)具有較好的控制效果。
【關鍵詞】：四旋翼飛行器 ADRC控制 視覺著陸 視覺延遲 AR預測
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 國內外研究的技術現(xiàn)狀分析12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要工作和安排15-17
• 第二章 四旋翼飛行器模型與控制方案分析17-25
• 2.1 常用坐標系定義17-18
• 2.2 微小型四旋翼飛行器模型分析18-23
• 2.2.1 四旋翼飛行器數(shù)學模型18-20
• 2.2.2 模型線性化20-21
• 2.2.3 模型與需求分析21-23
• 2.3 控制系統(tǒng)設計方案23-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 自主飛行器控制系統(tǒng)設計25-44
• 3.1 內環(huán)自抗擾控制25-35
• 3.1.1 自抗擾控制系統(tǒng)結構26-27
• 3.1.2 自抗擾控制器數(shù)學模型27-31
• 3.1.3 基于自抗擾控制技術的飛行器姿態(tài)控制律設計31-35
• 3.2 外環(huán) PID 控制35-36
• 3.3 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)仿真分析36-43
• 3.3.1 內回路自抗擾控制律仿真分析36-40
• 3.3.2 外回路 PID 控制律仿真分析40-43
• 3.4 本章小結43-44
• 第四章 基于視覺導航的自主著陸方案44-54
• 4.1 預測算法44-46
• 4.1.1 AR 模型估計原理44-45
• 4.1.2 基于 AR 模型預測算法設計45-46
• 4.2 基于視覺信號的自主著陸控制策略46-51
• 4.2.1 基于視覺信息的控制結構介紹46-47
• 4.2.2 基于視覺信號的自主著陸控制策略設計47-51
• 4.3 仿真分析51-53
• 4.4 本章小結53-54
• 第五章 全過程飛行仿真驗證54-64
• 5.1 有限狀態(tài)機的應用54-58
• 5.1.1 stateflow 有限狀態(tài)機54-57
• 5.1.2 stateflow 在全局仿真中的應用57-58
• 5.2 FlightGear 與 simulink 的飛行仿真環(huán)境搭建58-61
• 5.3 全局仿真分析61-62
• 5.4 本章小結62-64
• 第六章 總結與展望64-66
• 6.1 本文工作總結64
• 6.2 未來研究展望64-66
• 參考文獻66-69
• 致謝69-70
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 陳新龍;楊滌;耿斌斌;;自抗擾控制技術在某型導彈上的應用[J];飛行力學;2006年01期

2 李海生,朱學峰;自抗擾控制器參數(shù)整定與優(yōu)化方法研究[J];控制工程;2004年05期

3 韓京清;非線性狀態(tài)誤差反饋控制律──NLSEF[J];控制與決策;1995年03期

4 韓京清，王偉;非線性跟蹤─微分器[J];系統(tǒng)科學與數(shù)學;1994年02期

5 吳顯亮;石宗英;鐘宜生;;無人機視覺導航研究綜述[J];系統(tǒng)仿真學報;2010年S1期

6 熊治國,孫秀霞,尹暉,胡孟權;飛機俯仰運動自抗擾控制器設計[J];信息與控制;2005年05期

7 王先敏;曾慶化;熊智;劉建業(yè);;視覺導航技術的發(fā)展及其研究分析[J];信息與控制;2010年05期

8 段鏢;嚴峰;賴水清;;基于FlightGear的無人直升機飛行控制系統(tǒng)仿真環(huán)境建設[J];直升機技術;2010年04期

  本文關鍵詞：基于視覺導航小型無人機自主著陸控制策略研究與應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：253927