【摘要】：依托于傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、濾波理論的發(fā)展以及自動控制技術(shù)在飛行器上的廣泛應(yīng)用,四軸飛行器的研究得到了迅速的推進,目前在室外環(huán)境已經(jīng)有了許多成熟的應(yīng)用。針對四軸飛行器室內(nèi)環(huán)境下的自主飛行控制問題,研究學(xué)者們相繼展開研究,并取得了一些成果。本文圍繞室內(nèi)環(huán)境下四軸飛行器的自主飛行控制需求,將整體分為飛行控制系統(tǒng)和室內(nèi)自主導(dǎo)航系統(tǒng)兩部分,設(shè)計了基于二維激光雷達的四軸飛行器整體系統(tǒng)方案,完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計,最終實現(xiàn)了四軸飛行器在室內(nèi)環(huán)境下的姿態(tài)控制、位置控制、自主導(dǎo)航探索等功能。飛行控制系統(tǒng)是四軸飛行器能夠穩(wěn)定飛行的基礎(chǔ),本文的飛行控制系統(tǒng)主要包括姿態(tài)控制器和位置控制器兩部分,均使用串級PID方法設(shè)計。其中姿態(tài)控制器的第一級為三軸姿態(tài)角度控制器,第二級為三軸姿態(tài)角速度控制器;位置控制器的第一級為三維位置控制器,第二級為三維速度控制器。室內(nèi)自主導(dǎo)航系統(tǒng)是四軸飛行器在室內(nèi)環(huán)境下能夠自主飛行的核心,本文設(shè)計了一種基于二維激光雷達的未知環(huán)境自主探索方案。本方案使用Hector Mapping(赫克托建圖)算法,完成了室內(nèi)飛行環(huán)境的二維柵格地圖構(gòu)建;基于此環(huán)境地圖、雷達二維點云數(shù)據(jù)以及上一幀位姿,構(gòu)造最小二乘問題,估計當(dāng)前位姿;通過設(shè)計自主確定目標(biāo)點的策略,使自主導(dǎo)航系統(tǒng)可以引導(dǎo)四軸飛行器自主探索室內(nèi)未知環(huán)境;同時,針對四軸飛行器實際飛行情況,使用優(yōu)化的A*路徑規(guī)劃算法,規(guī)劃出一條安全可靠的飛行路徑。最后,本文對上述四軸飛行器整體系統(tǒng)方案設(shè)計了一系列的實驗,包括飛行控制系統(tǒng)性能實驗和室內(nèi)自主導(dǎo)航系統(tǒng)實驗,驗證了本文室內(nèi)環(huán)境下自主飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性,同時,進行了本文工作總結(jié)及未來研究展望。
【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文動控制技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，，四軸飛行器再次回到研究學(xué)者們的并且更加趨于小型化、智能化。美國賓夕法尼亞大學(xué) Kumar 教授團隊在四軸飛行器領(lǐng)域取得了豐富的研該團隊目前研究的全自主導(dǎo)航四軸飛行器，可用在室內(nèi)外三維復(fù)雜環(huán)境進救援、和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等。通過搭載三維激光雷達，該團隊實現(xiàn)利用微型飛行管道等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施進行自主檢查。此外，依照仿生學(xué)原理給飛行機器人爪，該團隊實現(xiàn)了飛行器對物體的抓取；并且結(jié)合 3D 打印技術(shù)，研發(fā)出25 克但具有更高靈敏度的 3D 圖形繪制微小型飛行器[8,9]。Kumar 教授團隊如圖 1-1 所示：

圖 1-1 Kumar 教授團隊部分成果澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)（University of Tasmania）的 Arko Lucieer 教授團用無人機平臺搭載三維激光雷達進行森林環(huán)境的高空測繪，用于環(huán)境分析[10]。國內(nèi)高校對四軸飛行器的研究起步較晚，目前尚處于跟進研究階段，雖與國進水平仍存在一定的差距，亦取得了許多理論和應(yīng)用上的革新和突破。北京航天航空大學(xué)可靠飛行控制研究組研究了魯棒姿態(tài)估計系統(tǒng)[11]、多旋飛行控制可靠性、故障預(yù)測與健康管理[12]等，如下圖 1-2 所示：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王璐菲;;美陸軍尋求使用導(dǎo)彈部署武器化蜂群無人機[J];防務(wù)視點;2017年06期

2 賴水清;陳傳琪;張思;單俊杰;;無人直升機自主飛行控制技術(shù)[J];直升機技術(shù);2013年02期

3 新華;;我國研制成功救災(zāi)救援自主飛行機器人[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2009年06期

4 唐強,朱志強,王建元;國外無人機自主飛行控制研究[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2004年03期

5 沈人杰;;蘇聯(lián)暴風(fēng)雪號航天飛機介紹[J];國外空間動態(tài);1989年10期

6 周宏;劉華春;柳長安;;自主飛行機器人導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[J];微計算機信息;2006年29期

7 林金永;張春俠;周春梅;羅丹彥;孫圣和;;飛行器自主飛行編隊領(lǐng)航者重選方法建模研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2009年S2期

8 王琪;王前;;自主無人飛行器系統(tǒng)與循跡關(guān)鍵技術(shù)研究[J];技術(shù)與市場;2016年12期

9 唐繼洪;程云霞;羅禮智;江幸福;張蕾;;蛾齡、溫度和相對濕度對草地螟自主飛行能力的影響[J];植物保護;2016年02期

10 ;中國研制成功救災(zāi)救援自主飛行機器人[J];瀘州科技;2009年02期

相關(guān)會議論文 前5條

1 盧瑩;苗景剛;周江華;王保成;;某小型飛艇自駕儀軟件系統(tǒng)設(shè)計[A];2011年中國浮空器大會論文集[C];2011年

2 王道波;;無人直升機自主飛行控制[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會文集[C];2000年

3 郭培源;曲世海;馬戰(zhàn)海;李銳;周膺;劉忠軒;陳文華;楊哲;封曉亮;;自主飛行空中機器人設(shè)計方案[A];2004中國空中機器人大賽論文匯編[C];2004年

4 裴宇鑫;;淺談無人機適航審定[A];2014（第五屆）中國無人機大會論文集[C];2014年

5 姜海龍;周智勇;周祥龍;;“T”型結(jié)構(gòu)MIMU系統(tǒng)設(shè)計與研制[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進展大會論文集（Ⅰ）[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 馬玉;老劉父子的一場別樣比試[N];農(nóng)民日報;2017年

2 孫友師;波音透露自主飛行研究計劃[N];中國航空報;2017年

3 重慶商報-上游財經(jīng)記者 嚴(yán)薇 實習(xí)生 趙冰清;沒有飛控手操控 這樣的無人機你見過嗎？[N];重慶商報;2017年

4 本報記者 唐芳;人工智能正“潛入”無人機[N];科技日報;2017年

5 本報通訊員 江東;飛艇：自主飛行的方舟[N];中國民航報;2013年

6 李昊;極光公司直升機自主飛行系統(tǒng)驗證進入最后階段[N];中國航空報;2017年

7 記者 詹媛;我國將建立長期在軌自主飛行空間實驗室[N];光明日報;2013年

8 記者　劉洋;俄計劃發(fā)射太空“移動”實驗室[N];人民日報;2006年

9 記者　 張浩;俄將發(fā)射兩個空間自動實驗室[N];科技日報;2006年

10 本報記者 王小龍;警惕游蕩在樓宇間的致命“蜻蜓”[N];科技日報;2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 鄭祥明;微型飛行器非線性飛行動力學(xué)與智能控制研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

2 朱霖霖;仿生鳥自主飛行的數(shù)值模擬與控制[D];大連理工大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張華林;室內(nèi)環(huán)境下四軸飛行器的自主飛行控制研究[D];電子科技大學(xué);2018年

2 史頡華;小型無人駕駛飛行器自主飛行控制研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

3 徐大遠;四軸飛行器自主飛行的研究[D];長沙理工大學(xué);2015年

4 梅新玖;無人直升機自主飛行策略研究[D];大連理工大學(xué);2013年

5 劉華春;自主飛行機器人系統(tǒng)下實時控制系統(tǒng)軟件平臺研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2006年

6 尹彥清;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無人機動態(tài)逆自主飛行控制系統(tǒng)研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

7 姚藩益;無人直升機自主飛行控制方法研究[D];大連理工大學(xué);2014年

8 鄭海潮;四軸飛行器自主飛行控制及避障系統(tǒng)研究[D];電子科技大學(xué);2016年

9 董培建;無人直升機障礙物檢測與路徑規(guī)劃研究[D];上海交通大學(xué);2009年

10 樊遙;小型無人直升機自主飛行的路徑規(guī)劃算法與實現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2008年

本文編號：2596759