【摘要】：近些年來,四旋翼無人機(jī)因其操作方便、成本較低和機(jī)動(dòng)性高等特點(diǎn)受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。四旋翼無人機(jī)作為一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)非線性系統(tǒng),在飛行過程中容易受到風(fēng)場的干擾,由于GPS精度不高,容易導(dǎo)致實(shí)際降落點(diǎn)偏離降落目標(biāo)。本文設(shè)計(jì)了一種四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng),并對(duì)控制算法、抗風(fēng)擾性能與高精度降落進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:(1)為進(jìn)行四旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),首先對(duì)四旋翼無人機(jī)進(jìn)行受力分析,通過坐標(biāo)系變換以及運(yùn)用牛頓-歐拉公式對(duì)四旋翼無人機(jī)建立數(shù)學(xué)模型。為研究四旋翼無人機(jī)在風(fēng)場干擾下的運(yùn)動(dòng)情況,對(duì)均值風(fēng)、陣風(fēng)和紊流風(fēng)場等風(fēng)場干擾進(jìn)行建模。(2)根據(jù)四旋翼無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型分別設(shè)計(jì)了模糊PID控制算法和滑模控制算法,搭建Simulink模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),在仿真過程中加入風(fēng)場干擾,通過調(diào)節(jié)模糊PID隸屬度函數(shù)和削弱滑�？刂浦械亩墩瘳F(xiàn)象,提高系統(tǒng)的性能。對(duì)傳統(tǒng)PID控制、模糊PID控制和滑�？刂七M(jìn)行仿真對(duì)比,結(jié)果表明模糊PID控制器有著更好的動(dòng)態(tài)特性,滑�？刂朴兄玫目癸L(fēng)擾性能。(3)針對(duì)彩色環(huán)形靶盤設(shè)計(jì)高精度自主降落圖像處理方案,最終降落到中心。首先對(duì)顏色空間進(jìn)行討論,分析針孔成像模型和攝像頭畸變模型,并對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)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(duì)圓形輪廓和圓心坐標(biāo)進(jìn)行了有效識(shí)別。(4)通過需求分析,搭建四旋翼無人機(jī)軟硬件平臺(tái)。選擇四旋翼無人機(jī)的零部件進(jìn)行集成,并在開源飛控基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),分析飛控代碼的軟件框架,并設(shè)計(jì)針對(duì)抗風(fēng)擾的控制律模塊、針對(duì)室內(nèi)飛行的定高模塊和針對(duì)高精度降落的圖像識(shí)別模塊。(5)最后進(jìn)行軟硬件調(diào)試,設(shè)計(jì)室內(nèi)和室外飛行實(shí)驗(yàn)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,四旋翼無人機(jī)在均值風(fēng)和陣風(fēng)干擾下懸停效果良好,驗(yàn)證了系統(tǒng)軟硬件抗風(fēng)擾措施的可行性;在室外實(shí)驗(yàn)中,四旋翼無人機(jī)可以在5級(jí)風(fēng)的環(huán)境下穩(wěn)定飛行,結(jié)果表明設(shè)計(jì)的控制算法可以達(dá)到抗風(fēng)擾要求。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V279

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2617657