【摘要】：四旋翼飛行器是一種由四個(gè)旋翼提供飛行拉力,電池驅(qū)動(dòng),并且能夠垂直升降的微小型無(wú)人機(jī)。由于它靈巧的飛行能力和卓越的飛行性能使它在近年來(lái)逐漸進(jìn)入到大眾的視線(xiàn),在娛樂(lè)、農(nóng)作、軍事等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面來(lái)講,四旋翼飛行器是一個(gè)典型的具有四個(gè)控制輸入、六個(gè)自由輸出(位置和姿態(tài))的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合和干擾敏感的特性,控制性能還受到模型準(zhǔn)確性和傳感器精度的影響顯著,這些因素極大地增加了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。自抗擾控制器(ADRC)對(duì)于系統(tǒng)的模型精確度要求不高,它利用過(guò)程誤差來(lái)消除系統(tǒng)誤差,在一定程度上能夠很好地對(duì)模型進(jìn)行解耦控制。本文以四旋翼飛行器為研究對(duì)象,利用ADRC方法設(shè)計(jì)控制器,以解決建模的不確定性、模型的高度耦合以及外部干擾敏感等諸多問(wèn)題。本文第一部分為理論基礎(chǔ),首先分析了四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和飛行原理并建立了飛行器的數(shù)學(xué)模型和控制效率模型;其次介紹了 ADRC控制原理,以及它的不高度依賴(lài)模型和解耦控制能力等優(yōu)點(diǎn)。第二部分介紹了四旋翼常用傳感器獲取姿態(tài)信息的工作原理,分析了各傳感器之間是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、濾波和校正。同時(shí)介紹了三種常用的姿態(tài)表示方法以及姿態(tài)解算過(guò)程。以前面兩個(gè)部分為基礎(chǔ),第三部分通過(guò)姿態(tài)解算得到的歐拉角作為ADRC姿態(tài)控制器的輸入,設(shè)計(jì)四旋翼ADRC控制器。第四部分針對(duì)線(xiàn)性ADRC多參數(shù)尋優(yōu)問(wèn)題,設(shè)計(jì)了基于遺傳算法的四旋翼ADRC姿態(tài)控制器,使得系統(tǒng)自動(dòng)尋找最優(yōu)參數(shù),解決調(diào)參困難的問(wèn)題。飛行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真表明,ADRC控制器能很好地控制四旋翼飛行,整個(gè)控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)了快速、穩(wěn)定,并且具有一定的抗干擾能力;同時(shí)遺傳算法很好地解決了調(diào)參問(wèn)題,便于ADRC控制器的工程實(shí)現(xiàn)。
【圖文】：

逡逑世紀(jì)初，法國(guó)科學(xué)家Ｂｒｅｇｕｅｔ制造了第一架載人四旋翼式直升機(jī)飛行器，如圖１．１逡逑所示。這并不是真正意義上的無(wú)人機(jī)。它通過(guò)飛行員改變旋翼轉(zhuǎn)速控制飛行器，逡逑由于沒(méi)有用到任何控制器和操作復(fù)雜，所以飛行穩(wěn)定性很差，飛行實(shí)驗(yàn)以失敗告逡逑終。直到１９２１年，第一架四旋翼式無(wú)人機(jī)才真正誕生。美國(guó)科學(xué)家Ｇｅｏｒｇｅ邋Ｄｅ逡逑Ｂｏｔｈｅｚａｔ和美國(guó)軍方合作建造了一個(gè)直徑８米旋翼的四旋翼直升機(jī)，進(jìn)行了邋１００逡逑多次試驗(yàn)，但最終飛行高度僅僅只有５米，并沒(méi)有達(dá)到期望的１００米高度。盡逡逑管如此，通過(guò)此次試驗(yàn)說(shuō)明在理論上四旋翼飛行器是可以穩(wěn)定飛行并可以制造逡逑出來(lái)的。１９２４年，法國(guó)人Ｏｅｍｉｃｈｅｎ設(shè)計(jì)的Ｏｅｍｉｃｈｅｎ號(hào)四旋翼直升機(jī)首次實(shí)現(xiàn)逡逑了邋ＩＫｍ的垂直飛行

逡逑世紀(jì)初，，法國(guó)科學(xué)家Ｂｒｅｇｕｅｔ制造了第一架載人四旋翼式直升機(jī)飛行器，如圖１．１逡逑所示。這并不是真正意義上的無(wú)人機(jī)。它通過(guò)飛行員改變旋翼轉(zhuǎn)速控制飛行器，逡逑由于沒(méi)有用到任何控制器和操作復(fù)雜，所以飛行穩(wěn)定性很差，飛行實(shí)驗(yàn)以失敗告逡逑終。直到１９２１年，第一架四旋翼式無(wú)人機(jī)才真正誕生。美國(guó)科學(xué)家Ｇｅｏｒｇｅ邋Ｄｅ逡逑Ｂｏｔｈｅｚａｔ和美國(guó)軍方合作建造了一個(gè)直徑８米旋翼的四旋翼直升機(jī)，進(jìn)行了邋１００逡逑多次試驗(yàn)，但最終飛行高度僅僅只有５米，并沒(méi)有達(dá)到期望的１００米高度。盡逡逑管如此，通過(guò)此次試驗(yàn)說(shuō)明在理論上四旋翼飛行器是可以穩(wěn)定飛行并可以制造逡逑出來(lái)的。１９２４年，法國(guó)人Ｏｅｍｉｃｈｅｎ設(shè)計(jì)的Ｏｅｍｉｃｈｅｎ號(hào)四旋翼直升機(jī)首次實(shí)現(xiàn)逡逑了邋ＩＫｍ的垂直飛行
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2617610