【摘要】：四旋翼無人機(jī)(quadrotor UAV)機(jī)械結(jié)構(gòu)及操控原理簡單、機(jī)動性強(qiáng)、可靠性高、生產(chǎn)成本低,已廣泛應(yīng)用在軍用和民用領(lǐng)域。本文以QBAll2無人機(jī)為研究對象,從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究與分析:(1)分析了四旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和操控機(jī)理,在機(jī)體坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系下建立QBall2四旋翼無人機(jī)的非線性數(shù)學(xué)模型。(2)根據(jù)四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)變量之間的關(guān)系將其劃分為位置控制系統(tǒng)及姿態(tài)控制系統(tǒng)。針對外界擾動環(huán)境,在反步法基礎(chǔ)上引入自適應(yīng)控制技術(shù),設(shè)計(jì)了內(nèi)環(huán)姿態(tài)控制器、外環(huán)位置控制器,并搭建MATLAB/Simulink仿真平臺,通過仿真驗(yàn)證了自適應(yīng)反步法在抗外界擾動方面有效果。(3)針對無人機(jī)在實(shí)際飛行中的外界干擾問題,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力,在自適應(yīng)反步法基礎(chǔ)上引入H_∞回路成形技術(shù)。通過懸停飛行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的合理性和有效性。(4)在UVS平臺上進(jìn)行驗(yàn)證。簡要介紹了UVS平臺的幾個(gè)組成部分,基于該平臺完成了自適應(yīng)反步法及改進(jìn)算法的驗(yàn)證,驗(yàn)證了改進(jìn)算法在控制精度及抗干擾方面優(yōu)于自適應(yīng)反步法,并對位置、姿態(tài)各通道的跟蹤性能進(jìn)行了相應(yīng)分析。
【圖文】：

圖 1-1 Breguet-Richet 四旋翼直升機(jī)一時(shí)期，Georgede Bothezat 為美國航空兵團(tuán)設(shè)計(jì)制造了一架可垂翼直升機(jī)，該飛行器的結(jié)構(gòu)及制造過程復(fù)雜，操作過程繁瑣，機(jī)法實(shí)現(xiàn)該飛行器的穩(wěn)定飛行[8]。1924 年，取消了與該飛行器相關(guān)0 世紀(jì)中期，美國卡普蘭設(shè)計(jì)并制造的 convertawings 四旋翼無人標(biāo)志著四旋翼無人機(jī)相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。該臺電機(jī)控制旋翼轉(zhuǎn)速[9]，在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是設(shè)計(jì)最成功并且真正意的四旋翼無人機(jī)。但落后的控制技術(shù)及傳感器技術(shù)使四旋翼無人想的控制要求，限制了四旋翼無人機(jī)的發(fā)展。到 21 世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、控制算法等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)的飛行品質(zhì)得到了飛速提升。在 21 世紀(jì)初期，四旋翼無人機(jī)展日新月異，在無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方大突破。近年來國外在四旋翼無人機(jī)研究方面有以下成功案例。 1-2a 是由美國 RC 公司研制的 Draganflyer 型無人機(jī)，其機(jī)體內(nèi)在飛行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)的穩(wěn)定控制。圖 1-2b 是由香港銀輝（

（c）OS-4 （d）HMX-4圖 1-2 代表性的四旋翼無人機(jī)圖 1-3 是麻省理工學(xué)院（MIT）的計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)四旋翼無人機(jī)。該無人機(jī)通過激光雷達(dá)和攝像機(jī)來獲取周圍的環(huán)境信息，再合 SLAM（simultaneous localization and map building）算法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)定位圖 1-3 麻省理工學(xué)院研制的四旋翼無人機(jī)目前，國外的科研團(tuán)隊(duì)不僅在飛行控制方面進(jìn)行深入研究，而且近期已把究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到智能飛行控制上，以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在復(fù)雜工作環(huán)境中的穩(wěn)定自主行。國外對微小型四旋翼無人機(jī)的研究較為深入，，已在各領(lǐng)域中廣泛使用
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V249.1

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