本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是一種特殊的非固定翼飛行器,它通過控制四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)垂直起降、定點(diǎn)懸停、旋轉(zhuǎn)、側(cè)飛、倒飛等功能。這種結(jié)構(gòu)被廣泛用以小型無人飛行器的設(shè)計(jì),具有重要的實(shí)用價(jià)值。而四旋翼飛行器本身具有的強(qiáng)耦合性、非線性及其對(duì)外界干擾的敏感性,使得飛行器系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。 四旋翼飛行器的姿態(tài)控制與位置控制存在直接耦合關(guān)系,提高飛行器姿態(tài)控制精度,有利于改善位置控制。因此本課題的研究著重于飛行器的姿態(tài)控制,主要包括飛行器模型建立、控制器設(shè)計(jì)仿真、半實(shí)物平臺(tái)的實(shí)時(shí)控制及結(jié)果分析比較： (1)通過對(duì)飛行器關(guān)鍵受力與力矩的分析,建立了線性與非線性動(dòng)態(tài)模型�；陲w行器懸停運(yùn)動(dòng),將姿態(tài)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng),建立了簡(jiǎn)單的線性模型。然而,該模型忽略了坐標(biāo)系的相對(duì)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致模型的不準(zhǔn)確性。隨后,通過對(duì)飛行器繞定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的力矩分析,利用牛頓歐拉方程建立了非線性模型。 (2)在了解并掌握飛行器動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)分析。針對(duì)系統(tǒng)的非線性模型,通過反向遞推構(gòu)造Lyapunov函數(shù),設(shè)計(jì)了Backstepping控制器。應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)原理,設(shè)計(jì)了滑�？刂破�,使系統(tǒng)的狀態(tài)在設(shè)定滑模面上滑動(dòng)。最后通過仿真實(shí)驗(yàn),與基于系統(tǒng)線性模型的二次型調(diào)節(jié)器進(jìn)行了綜合比較分析。 (3)在仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合比較,選擇Backstepping控制律,實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行器半實(shí)物平臺(tái)的實(shí)時(shí)控制,并結(jié)合LQR控制律的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了Integral Backstepping控制器。實(shí)際實(shí)驗(yàn)證明,使用Integral Backstepping控制器既能有效地減少各通道的超調(diào)量、限制振蕩,又能彌補(bǔ)Backstepping控制器存在靜態(tài)誤差的缺點(diǎn),準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)角度,使飛行器表現(xiàn)出更好的動(dòng)態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 姿態(tài)控制 滑�？刂� Integral Backstepping控制
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 四旋翼飛行器控制方法12-13
• 1.4 研究目標(biāo)和主要工作13-15
• 第2章 四旋翼直升飛機(jī)動(dòng)態(tài)模型建立15-28
• 2.1 四旋翼飛行器工作原理15-17
• 2.1.1 簡(jiǎn)介15
• 2.1.2 飛行原理15-17
• 2.2 飛行器姿態(tài)表示17-20
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義17-18
• 2.2.2 姿態(tài)角定義18
• 2.2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣18-20
• 2.3 系統(tǒng)模型20-26
• 2.3.1 飛行器線性模型建立21-23
• 2.3.2 飛行器非線性模型建立23-25
• 2.3.3 狀態(tài)方程25-26
• 2.3.4 系統(tǒng)參數(shù)26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第3章 四旋翼飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)28-50
• 3.1 LQR控制28-33
• 3.1.1 LQR控制原理28-29
• 3.1.2 基于LQR的飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)29-31
• 3.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)31-33
• 3.2 Backstepping控制33-39
• 3.2.1 Backstepping控制原理33
• 3.2.2 基于Backstepping的飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)33-35
• 3.2.3 穩(wěn)定性分析35-36
• 3.2.4 仿真實(shí)驗(yàn)36-39
• 3.3 滑�？刂�39-44
• 3.3.1 滑模控制原理39
• 3.3.2 基于滑�？刂频娘w行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)39-41
• 3.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)41-44
• 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比44-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 四旋翼飛行器半實(shí)物平臺(tái)實(shí)物實(shí)驗(yàn)50-64
• 4.1 四旋翼飛行器半實(shí)物平臺(tái)介紹50-51
• 4.1.1 系統(tǒng)組成50
• 4.1.2 系統(tǒng)控制軟件50-51
• 4.2 實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)51-63
• 4.2.1 LQR控制51-55
• 4.2.2 Backstepping控制55-57
• 4.2.3 Integral Backstepping控制57-63
• 4.2.3.1 基于Integral Backstepping的飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)57-59
• 4.2.3.2 穩(wěn)定性分析59
• 4.2.3.3 實(shí)物實(shí)驗(yàn)59-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間的論文及科研情況70

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：257278