發(fā)布時(shí)間：2017-03-24 11:10

  本文關(guān)鍵詞：六旋翼無人機(jī)故障安全系統(tǒng)的相關(guān)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,在全球范圍內(nèi)關(guān)于多旋翼無人機(jī)的研究十分的盛行,由于其具有體積小質(zhì)量輕,高機(jī)動(dòng)性可垂直起降等優(yōu)勢,所以在諸多行業(yè)中開始被廣泛運(yùn)用。例如自然災(zāi)害的情報(bào)收集、高架線點(diǎn)檢、農(nóng)藥散布、航空攝影等。伴隨著無人航空器的廣泛運(yùn)用,對于無人航空器的安全性和容錯(cuò)性也提出新的要求。由于機(jī)體驅(qū)動(dòng)部件的老化,傳感器的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、故障以及由于飛行中槳葉撞擊障礙物而引起的槳葉損傷而導(dǎo)致無人機(jī)無法正常飛行的狀況時(shí)有發(fā)生。因此,為了防止多旋翼無人機(jī)的墜毀而造成不必要的人員和財(cái)產(chǎn)損失,有必要提高無人航空器的容錯(cuò)性能和故障自動(dòng)檢測性能。具備故障檢測機(jī)能,同時(shí)可根據(jù)故障類型采取相應(yīng)對策的系統(tǒng)稱為故障安全系統(tǒng)(Fail-Safe System),因此,故障安全系統(tǒng)的導(dǎo)入是十分有必要的。隨著對多旋翼無人機(jī)研究的深入和日益廣泛的運(yùn)用,多旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)的安全性和信賴性變得越來越重要。作為一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng),多旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)內(nèi)部搭載了微型控制器(MCU)及各種傳感器,例如三軸角加速度傳感器(Gyro)、GPS、慣性傳感器(IMU)、氣壓傳感器等。同時(shí),由于多旋翼無人機(jī)自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn),其具備多個(gè)互相獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng),因此電機(jī)故障及槳葉損毀的可能性高于一般的單動(dòng)力系統(tǒng)無人機(jī)。綜上原因,傳感器故障及動(dòng)力系統(tǒng)的故障被認(rèn)為是發(fā)生概率最高的兩種故障。本論主要文針對動(dòng)力系統(tǒng)故障的特征設(shè)計(jì)了相應(yīng)的故障檢測方法以及在發(fā)生故障時(shí)如何利用六槳葉無人機(jī)有冗余動(dòng)力的特征進(jìn)行合理的控制量分配,從而維持機(jī)體的正常飛行。首先,利用基于同定模型的故障檢測方法設(shè)計(jì)了基于電機(jī)控制輸入—?jiǎng)恿ο到y(tǒng)回路電流模型的故障檢測方法及基于電機(jī)控制輸入—電機(jī)轉(zhuǎn)速模型的故障檢測方法,并在實(shí)際機(jī)體上模擬了故障,檢驗(yàn)了以上兩種故障檢測方法的有效性。然后,基于非對稱槳葉轉(zhuǎn)向排布的情況下,利用廣義逆矩陣的方法推算出在各個(gè)電機(jī)停轉(zhuǎn)情況下的最優(yōu)化控制分配參數(shù),并且用試驗(yàn)驗(yàn)證了算法的正確性。最后,實(shí)現(xiàn)了在GPS自主飛行模式下的故障飛行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了容錯(cuò)控制器的有效性和實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：六旋翼無人機(jī) 動(dòng)力系統(tǒng)故障檢測 控制量分配 廣義逆矩陣法 容錯(cuò)控制
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 第一章 緒論7-14
• 1.1 項(xiàng)目研究背景與意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢8-13
• 1.3 本文研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)13-14
• 第二章 六旋翼無人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成14-24
• 2.1 平臺硬件構(gòu)成14-15
• 2.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15-19
• 2.2.1 傳感器模塊17-18
• 2.2.2 微處理器模塊18
• 2.2.3 無線通信模塊18-19
• 2.3 六旋翼無人機(jī)的飛行原理19-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第三章 六旋翼無人機(jī)的容錯(cuò)控制24-52
• 3.1 故障檢測與容錯(cuò)控制24-28
• 3.1.1 故障與容錯(cuò)性的定義24-25
• 3.1.2 系統(tǒng)行為與故障的關(guān)系25-26
• 3.1.3 系統(tǒng)故障對實(shí)際模型的影響26-27
• 3.1.4 故障的分類27-28
• 3.2 容錯(cuò)控制的原理28-31
• 3.2.1 容錯(cuò)控制系統(tǒng)的構(gòu)成28-29
• 3.2.2 故障檢測的步驟29-30
• 3.2.3 基于模型一致性的故障檢測方法30-31
• 3.3 六旋翼無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的故障檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)31-50
• 3.3.1 帶有故障檢測系統(tǒng)的無人機(jī)系統(tǒng)硬件31-33
• 3.3.2 基于電流模型的故障檢測系統(tǒng)原理33-35
• 3.3.3 電流模型的同定35-38
• 3.3.4 電流模型法的驗(yàn)證38-43
• 3.3.5 基于電流模型的故障檢測系統(tǒng)原理43
• 3.3.6 轉(zhuǎn)速模型的同定43-45
• 3.3.7 轉(zhuǎn)速模型法的驗(yàn)證45-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 動(dòng)力系統(tǒng)故障時(shí)的控制再構(gòu)建52-66
• 4.1 控制分配定義52-53
• 4.2 線性約束下的控制分配53-57
• 4.3 三軸可控性與電機(jī)轉(zhuǎn)向的關(guān)系57-60
• 4.4 含有故障信息的控制分配60-61
• 4.5 實(shí)驗(yàn)分析61-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第五章 電機(jī)故障時(shí)的自主飛行66-77
• 5.1 Roll,Pitch方向模型驗(yàn)證66-68
• 5.2 Yaw方向模型驗(yàn)證68
• 5.3 模型驗(yàn)證68-72
• 5.3.1 高度模型驗(yàn)證68-71
• 5.3.2 速度模型驗(yàn)證71-72
• 5.4 試驗(yàn)驗(yàn)證72-76
• 5.4.1 控制器設(shè)計(jì)72-73
• 5.4.2 飛行試驗(yàn)73-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)和展望77-78
• 6.1 總結(jié)77
• 6.2 展望77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 作者簡介84

【引證文獻(xiàn)】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 左宗玉;;四旋翼無人飛行器自適應(yīng)軌跡跟蹤控制[A];中國自動(dòng)化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

  本文關(guān)鍵詞：六旋翼無人機(jī)故障安全系統(tǒng)的相關(guān)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：265526