【摘要】：四旋翼飛行器作為一種結(jié)構(gòu)簡單,且可以垂直升降的新型飛行器,在軍事和民用等諸多領(lǐng)域上都有重要的用途。隨著任務(wù)復(fù)雜度的增加,單架四旋翼已經(jīng)無法適應(yīng)多樣化的任務(wù),因此對四旋翼提出編隊(duì)協(xié)同飛行的理念,這也是多智能體系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的重要研究方向之一。編隊(duì)協(xié)同飛行由于其高效的性能而成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。本文針對四旋翼飛行器的獨(dú)特性能,深入研究了其動(dòng)力學(xué)特性及飛行控制設(shè)計(jì)方法,解決了四旋翼編隊(duì)控制問題,并通過仿真研究進(jìn)行了驗(yàn)證,主要研究內(nèi)容如下:首先,本文利用牛頓-歐拉方程和四元數(shù)基礎(chǔ)理論建立了四旋翼動(dòng)力學(xué)方程組,在領(lǐng)航者和跟隨者的結(jié)構(gòu)下,設(shè)計(jì)了基于快速終端滑模方法的編隊(duì)控制器。該編隊(duì)控制器的設(shè)計(jì)包括兩步:一是給出了有限時(shí)間分布式長機(jī)狀態(tài)估計(jì)算法,同時(shí)還給出了系統(tǒng)與編隊(duì)期望軌跡之間的誤差模型;二是設(shè)計(jì)了全系統(tǒng)控制律使得姿態(tài)系統(tǒng)能夠快速跟蹤其理想姿態(tài),并且使位置子系統(tǒng)同時(shí)收斂到期望軌跡。仿真實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的控制方法可以使跟隨者精確地跟蹤領(lǐng)航者的行為狀態(tài),從而使系統(tǒng)在有限時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度編隊(duì)。其次,針對實(shí)際中存在的控制信號的不連續(xù)性,姿態(tài)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的奇異性,姿態(tài)誤差系統(tǒng)的收斂延遲對位置系統(tǒng)跟蹤造成的誤差以及外界干擾等一系列問題,在上述控制算法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的有限時(shí)間控制算法,該算法保證了系統(tǒng)的狀態(tài)輸出不受非匹配性干擾的影響,具有較強(qiáng)的魯棒性。另外,本文還給出了編隊(duì)穩(wěn)定性的理論證明。最后,本文通過仿真實(shí)驗(yàn)與第一部分所提算法進(jìn)行全面比較,包括誤差收斂速度和收斂精度,控制輸入性能等方面,驗(yàn)證了所提算法的合理性。
【圖文】：

圖１－１四旋翼直升機(jī)Ｂｒｅｇｕｅｔ－Ｒｉｃｈｅｔ邋Ｎ０．１逡逑１９２４年，Ｏｅｍｉｃｈｅｎ制造了一架首次可以實(shí)現(xiàn)ｌｋｍ的垂直起降的四旋翼飛里程碑式的意義，這說明四旋翼飛行器己經(jīng)有了飛速的發(fā)展。逡逑

Ｍｉｃｒｏｄｒｏｎｅｓ系列屬于大型的四旋翼，載荷量高、飛行時(shí)間長，能夠?qū)嵤┧阉鳌y繪、逡逑環(huán)境監(jiān)察等任務(wù)，應(yīng)用范圍更廣泛。逡逑圖１－３四旋翼無人機(jī)Ｄｒａｇｏｎｆｌｙｅｒ逡逑—逡逑圖１－４四旋翼無人機(jī)ＤｒａｇｏｎｆｌｙｅｒＭＤ４－１０００逡逑近三十年來，系統(tǒng)元件的高集成度和微型慣導(dǎo)系統(tǒng)的研發(fā)促進(jìn)微小型四旋翼的逡逑衍生。在微小型四旋翼的研究上，美國處于領(lǐng)先地位，斯坦福大學(xué)的ＳＴＡＲＭＡＣ項(xiàng)逡逑目改裝了兩款四旋翼飛行器，，能夠在飛行過程中自主的控制高度和姿態(tài)，使四旋翼逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2675150