【摘要】：四旋翼作為微型飛行器,具有體積小、重量輕、靈活機(jī)動(dòng)等特點(diǎn),目前已在農(nóng)業(yè)、軍事、商業(yè)等眾多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)方面,傳統(tǒng)的植保方式效率低下,農(nóng)藥噴灑方式老舊,已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化發(fā)展需求。目前我國(guó)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)處于起步階段,為研究一種可靠性高,穩(wěn)定靈活的四旋翼植保無(wú)人機(jī),本文針對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先,針對(duì)四旋翼飛控穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了水平姿態(tài)控制算法的研究。四旋翼飛行器是一個(gè)多變量、欠驅(qū)動(dòng),對(duì)環(huán)境變化敏感的復(fù)雜系統(tǒng),使精確控制飛行器的姿態(tài)更不容易。為此本文設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)串級(jí)PID姿態(tài)控制算法,以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性。其次,針對(duì)低成本微機(jī)電系統(tǒng)易產(chǎn)生發(fā)散漂移的問(wèn)題進(jìn)行研究。在四旋翼進(jìn)行姿態(tài)解算的過(guò)程中,角度數(shù)據(jù)是陀螺儀測(cè)得的角速度經(jīng)過(guò)積分得到的,但隨著時(shí)間的累計(jì),積分會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差。同時(shí)加速度計(jì)由于自身靈敏度較高,測(cè)量值容易混入振動(dòng)等高頻噪聲,使得解算的飛行器姿態(tài)誤差較大。為此本文設(shè)計(jì)了基于互補(bǔ)濾波的姿態(tài)解算和基于卡爾曼濾波的帶延時(shí)修正的高度解算方法,以提高飛行器姿態(tài)解算精度,增強(qiáng)機(jī)體的可靠性。最后,由于無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥時(shí)必須保持一定的高度,在農(nóng)藥質(zhì)量不斷變化的擾動(dòng)下,如何準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定高飛行是必須解決的問(wèn)題。為此提出了基于線(xiàn)性自抗擾的高度環(huán)控制結(jié)構(gòu),使得擾動(dòng)抑制能力更明顯,響應(yīng)速度更快,穩(wěn)定性更高。論文對(duì)上述研究進(jìn)行了仿真分析,并在F330四旋翼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,以上方法能有效提高植保四旋翼的動(dòng)態(tài)性能,使得控制精度更高,抗擾動(dòng)能力更強(qiáng)。
【圖文】：

Yamaha植保無(wú)人機(jī)“R-50”

極飛P20植保無(wú)人機(jī)（XPlanet）
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V279

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