發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 21:51

【摘要】：隨著AI技術(shù)飛速發(fā)展,智能控制技術(shù)在無人系統(tǒng)控制領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,四旋翼無人機(jī)就是其中之一。不同于經(jīng)典構(gòu)型的無人機(jī),四旋翼無人機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以通過更簡單的控制方式飛行,但由于其四輸入、六自由度的特性,導(dǎo)致系統(tǒng)是靜不穩(wěn)定的,且具有非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合等特點(diǎn),是一種典型的不確定非線性系統(tǒng)。云模型控制理論是以使用計(jì)算數(shù)據(jù)模擬出人為的控制效果為主體思想,在不需要精準(zhǔn)被控對象的模型的情況下,通過云模型定性推理的辦法,以達(dá)到復(fù)雜非線性系統(tǒng)的控制需求,不但能夠保存受控對象以及環(huán)境中存在的不確定性,并且對于系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)以及狀態(tài)的改變具有較好的適應(yīng)性和魯棒性,具有強(qiáng)大的非線性處理能力。本文的創(chuàng)新之處在于將云模型理論應(yīng)用于四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)中,并且引入遺傳算法對二維復(fù)合云模型的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行自整定優(yōu)化。本文的工作從以下幾個(gè)方面展開:(1)非線性動(dòng)力學(xué)建模。采用歐拉方程和牛頓力學(xué)定律分析四旋翼無人機(jī)的飛行原理,針對四旋翼無人機(jī)的三種線運(yùn)動(dòng)以及三種角運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)方式,推導(dǎo)出其氣動(dòng)力和力矩特性,求出了四旋翼無人機(jī)的非線性全狀態(tài)反饋方程,為進(jìn)一步研究控制算法奠定基礎(chǔ)。(2)設(shè)計(jì)四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)及一維復(fù)合云模型控制器。根據(jù)四旋翼無人機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)模型,采用一種內(nèi)外環(huán)和增加虛擬控制量的方法對模型進(jìn)行解耦,并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)所需的控制系統(tǒng);基于一維云模型推理映射算法設(shè)計(jì)了一維復(fù)合云模型控制器,并進(jìn)行了相關(guān)仿真對比實(shí)驗(yàn)。(3)設(shè)計(jì)四旋翼無人機(jī)二維復(fù)合云模型控制器。四旋翼無人機(jī)實(shí)際工作環(huán)境存在不確定性擾動(dòng)影響,針對一維復(fù)合云模型控制器在存在外界干擾的情況時(shí)控制效果不佳的問題,引入二維云模型推理映射算法,設(shè)計(jì)出一種二維復(fù)合云模型控制器,并在相關(guān)假設(shè)環(huán)境中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。(4)設(shè)計(jì)遺傳算法優(yōu)化的二維復(fù)合云模型控制器。由于四旋翼無人機(jī)的強(qiáng)耦合特性,依賴經(jīng)驗(yàn)知識和調(diào)試整定的云模型驅(qū)動(dòng)因子難以達(dá)到最佳控制效果,為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的云模型參數(shù)自整定控制器,引入遺傳算法理論對設(shè)計(jì)的二維復(fù)合云模型控制器進(jìn)行優(yōu)化,使用遺傳算法計(jì)算驅(qū)動(dòng)因子,并進(jìn)行相關(guān)仿真對比實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.1

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