【摘要】：近些年來,四旋翼無人機因其操作方便、成本較低和機動性高等特點受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。四旋翼無人機作為一個欠驅(qū)動非線性系統(tǒng),在飛行過程中容易受到風場的干擾,由于GPS精度不高,容易導(dǎo)致實際降落點偏離降落目標。本文設(shè)計了一種四旋翼無人機控制系統(tǒng),并對控制算法、抗風擾性能與高精度降落進行了研究,主要內(nèi)容如下:(1)為進行四旋翼無人機的控制系統(tǒng)設(shè)計,首先對四旋翼無人機進行受力分析,通過坐標系變換以及運用牛頓-歐拉公式對四旋翼無人機建立數(shù)學模型。為研究四旋翼無人機在風場干擾下的運動情況,對均值風、陣風和紊流風場等風場干擾進行建模。(2)根據(jù)四旋翼無人機的數(shù)學模型分別設(shè)計了模糊PID控制算法和滑�？刂扑惴�,搭建Simulink模塊進行仿真實驗,在仿真過程中加入風場干擾,通過調(diào)節(jié)模糊PID隸屬度函數(shù)和削弱滑模控制中的抖振現(xiàn)象,提高系統(tǒng)的性能。對傳統(tǒng)PID控制、模糊PID控制和滑�？刂七M行仿真對比,結(jié)果表明模糊PID控制器有著更好的動態(tài)特性,滑模控制有著更好的抗風擾性能。(3)針對彩色環(huán)形靶盤設(shè)計高精度自主降落圖像處理方案,最終降落到中心。首先對顏色空間進行討論,分析針孔成像模型和攝像頭畸變模型,并對攝像頭進行標定,獲取內(nèi)部參數(shù)。然后制定圓形特征檢測方案,采用Canny算子邊緣檢測和Hough圓形變換,對圓形輪廓和圓心坐標進行了有效識別。(4)通過需求分析,搭建四旋翼無人機軟硬件平臺。選擇四旋翼無人機的零部件進行集成,并在開源飛控基礎(chǔ)上進行二次開發(fā),分析飛控代碼的軟件框架,并設(shè)計針對抗風擾的控制律模塊、針對室內(nèi)飛行的定高模塊和針對高精度降落的圖像識別模塊。(5)最后進行軟硬件調(diào)試,設(shè)計室內(nèi)和室外飛行實驗。室內(nèi)實驗中,四旋翼無人機在均值風和陣風干擾下懸停效果良好,驗證了系統(tǒng)軟硬件抗風擾措施的可行性;在室外實驗中,四旋翼無人機可以在5級風的環(huán)境下穩(wěn)定飛行,結(jié)果表明設(shè)計的控制算法可以達到抗風擾要求。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V279

【參考文獻】

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10 凌金福;四旋翼飛行器飛行控制算法的研究[D];南昌大學;2013年

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本文編號：2617657