【摘要】：微型四旋翼無人機(Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle,QUAV)一般是指具有四個旋翼的對稱結(jié)構(gòu)并以無線電遙控器或者自身程序來控制其飛行的一種飛行器。自進入21世紀以來,四旋翼無人機因具有帶負載能力強、易于控制、持續(xù)懸停、可垂直升降、攜帶便捷等特點被逐漸應(yīng)用于快遞物流、災(zāi)后搜救、影視拍攝、環(huán)境保護、各種巡查工作等各類各行領(lǐng)域。隨著社會各行各業(yè)對無人機性能的要求不斷提高以及本身就是一個典型的多耦合、非線性、多輸入多輸出的欠驅(qū)動復(fù)雜控制系統(tǒng),從而引起了當(dāng)今整個世界的研究熱潮。本文研究的內(nèi)容主要涵蓋了以下幾個方面:第一,分析了微型四旋翼無人機的飛行控制原理,并在此基礎(chǔ)上對其建立數(shù)學(xué)模型,其中主要包括:基于歐拉角、旋轉(zhuǎn)矩陣及四元數(shù)的運動學(xué)模型;基于位置和姿態(tài)的動力學(xué)模型;基于水平通道、高度通道及姿態(tài)通道的控制分配模型。第二,為了更有效地理解四旋翼無人機的飛行控制系統(tǒng),本文設(shè)計了微型四旋翼無人機的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)主要包括:控制模塊、檢測測量模塊、無線通信模塊、電源模塊。軟件系統(tǒng)主要包括:軟件開發(fā)環(huán)境、實時操作系統(tǒng)FreeRTOS的移植、檢測測量單元的底層驅(qū)動程序。第三,為了準確快速地獲取四旋翼無人機的實時位置情況,本文在建立好的高度通道和水平通道的線性化模型以及選用的檢測測量模塊的基礎(chǔ)上分別研究了基于分布式卡爾曼濾波的高度融合算法與基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水平位置融合算法。通過仿真實驗分析表明:基于分布式卡爾曼濾波算法的高度融合效果與基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的水平位置融合效果都能在一定的程度上提高獲取位置信息的實時性和準確性。最后,基于建立好的位置通道和姿態(tài)通道的動力學(xué)模型基礎(chǔ)上,分別研究了基于PID算法和線性自抗擾控制(LADRC)算法的四旋翼無人機控制系統(tǒng),最后通過在基于Matlab的四旋翼無人機飛行仿真平臺上得出的實驗結(jié)果可知:在基于LADRC算法的四旋翼無人機控制系統(tǒng)下的位置與姿態(tài)控制效果明顯優(yōu)于PID算法。
【圖文】：

早期國外的研究成果隨著人工智能和現(xiàn)在信息技術(shù)的快速發(fā)展，有關(guān)多旋翼無人機的學(xué)術(shù)研究開

四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系示意圖
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249.1

【參考文獻】

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