【摘要】：四旋翼飛行器可以在空中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行,其通過遠(yuǎn)程飛行控制器或機(jī)載飛行控制器的電子輸入實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制,由于四旋翼飛行器借助四個(gè)旋翼實(shí)現(xiàn)飛行控制,其可以完成更加靈活的控制方式以及更加優(yōu)良的操縱性能,已經(jīng)成為飛行器研究領(lǐng)域中重要的組成部分。四旋翼飛行器的飛行控制需要借助姿態(tài)控制算法來調(diào)整,姿態(tài)控制算法的控制算法效果直接影響著機(jī)體飛行性能。為提高四旋翼飛行器的飛行控制性能,首先分析目前四旋翼飛行器系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,并對(duì)機(jī)體建立動(dòng)力學(xué)模型,選擇模糊控制算法和PID控制算法作為機(jī)體姿態(tài)控制算法的基礎(chǔ),并設(shè)計(jì)出基于模糊PID算法的四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)。本文中首先分析了四旋翼飛行器研究的背景和意義,并對(duì)各機(jī)構(gòu)的四旋翼飛行器的研究重點(diǎn)進(jìn)行闡述。分析四旋翼飛行器機(jī)體結(jié)構(gòu)和飛行原理,并根據(jù)力學(xué)原理建立起機(jī)體的動(dòng)力學(xué)模型。四旋翼飛行器在進(jìn)行飛行控制算法設(shè)計(jì)時(shí)需要實(shí)時(shí)掌握機(jī)體的飛行狀況,本文中選擇加速度計(jì)和陀螺儀等傳感器采集機(jī)體信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)姿態(tài)角的檢測,在考慮各傳感器信息融合時(shí)選擇互補(bǔ)濾波的方法。本文中將模糊控制算法與PID控制算法結(jié)合起來設(shè)計(jì)四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng),根據(jù)算法設(shè)計(jì)需要搭建起硬件電路模型。最后,本文搭建起Matlab/Simulink中建立基于模糊PID算法的四旋翼飛行器控制器來校驗(yàn)設(shè)計(jì)算法的效果,設(shè)計(jì)飛行穩(wěn)定性、飛行跟蹤性和飛行抗擾性三個(gè)方面仿真內(nèi)容,最后仿真結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的四旋翼飛行器控制器具有更優(yōu)異的控制效果。
【圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論四旋翼飛行器可以在空中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行，，其通過遠(yuǎn)程飛行控制器或機(jī)載飛器的電子輸入實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制，由于四旋翼飛行器借助四個(gè)旋翼實(shí)現(xiàn)飛行控制，完成更加靈活的控制方式以及更加優(yōu)良的操縱性能，已經(jīng)成為飛行器研究領(lǐng)域的組成部分。由四旋翼飛行器的機(jī)構(gòu)圖可以看出，機(jī)體結(jié)構(gòu)較為簡單，在改變飛行器的飛行狀態(tài)時(shí)只需要調(diào)整四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速，這種飛行控制方式使得機(jī)體優(yōu)良的機(jī)動(dòng)性能。四旋翼飛行器質(zhì)量輕便且結(jié)構(gòu)簡單，因而在起飛和降落時(shí)對(duì)求小，更便于提高在密集環(huán)境中的控制性能，在小區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)起飛、降落及飛行姿態(tài)[1-5]，這些特點(diǎn)使得四旋翼飛行器可以在多種復(fù)雜環(huán)境中更好的完任務(wù)，常見的四旋翼飛行器模型結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。

該方法經(jīng)過實(shí)驗(yàn)飛行驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)較經(jīng)典控制算法而言具有更翼飛行器的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛這主要是由于機(jī)體穩(wěn)定的控制性能方案，在軍事領(lǐng)域，四旋翼飛行器已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中重要的偵查軍方可以通過控制飛行器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程目標(biāo)的轟炸和信息獲取，美國對(duì)制技術(shù)的研發(fā)最為重視并且已經(jīng)大范圍的裝備到部隊(duì)中。此外，四救援時(shí)也能發(fā)揮重要作用，其可以在爆炸、有毒、高溫及嚴(yán)寒等環(huán)信、定位及救援等功能，避免惡劣環(huán)境對(duì)救援人員身體的傷害同時(shí)效率。四旋翼飛行器控制方法隨著智能算法的不斷成熟得到迅速飛行器控制算法研究是集中在飛行穩(wěn)定性的控制，對(duì)于多個(gè)四旋翼合任務(wù)需要考慮到機(jī)體之間的協(xié)同通信，隨著智能算法技術(shù)的不斷面向新階段，以求可以更好適應(yīng)復(fù)雜的飛行環(huán)境，保證其在復(fù)雜的境特點(diǎn)實(shí)時(shí)改變自身飛行姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)線路。隨著四旋翼飛行器控制其具有良好的發(fā)展前景和廣泛的應(yīng)用價(jià)值[9-10]。
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V249.1

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