【摘要】：四旋翼飛行器控制系統(tǒng)是一種非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合的系統(tǒng),它是驗(yàn)證各種控制算法的理想平臺(tái),是自動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。論文以實(shí)驗(yàn)室搭建的四旋翼飛行器為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了反演控制方法,并針對(duì)反演控制方法的不足進(jìn)行改進(jìn),探索新的控制策略,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)反演控制算法的控制器。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.根據(jù)Newton-Euler方程建立了飛行器的動(dòng)力學(xué)模型,并由此推導(dǎo)出飛行器的狀態(tài)空間模型。將控制系統(tǒng)分為內(nèi)環(huán)控制(姿態(tài)控制)和外環(huán)控制(位置控制)兩個(gè)部分,構(gòu)造了6個(gè)控制通道的傳遞函數(shù)和4個(gè)控制量,將高度耦合的系統(tǒng)分解成獨(dú)立的控制通道。2.基于參數(shù)自整定PID控制方法設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制和位置控制律,利用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了方案的可行性。3.針對(duì)四旋翼飛行器控制系統(tǒng)高階數(shù)和非線性的特點(diǎn),基于Backstepping控制方法和滑模變結(jié)構(gòu)原理,設(shè)計(jì)了反演控制器,針對(duì)參數(shù)不確定性和干擾未知引起系統(tǒng)抖振問(wèn)題,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)反演控制律。最后,在Simulink上仿真,對(duì)三種控制方法進(jìn)行比較證明,反演控制器在收斂速度上要明顯優(yōu)于PID控制器,改進(jìn)的自適應(yīng)反演控制器超調(diào)量要小于反演控制器,能夠明顯地減少系統(tǒng)抖振。4.設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器的總體方案,搭建了四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)反演控制器。測(cè)試表明,該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)自主懸停,在外力干擾的情況下能夠快速的恢復(fù)穩(wěn)定。
【圖文】：

研究與探索揭開新的篇章。時(shí)至今日，航天飛機(jī)已經(jīng)是人的交通工具。但人類對(duì)航天的需求是多樣化的，傳統(tǒng)航天刻，無(wú)法滿足像拍照、監(jiān)控這樣的任務(wù)。無(wú)人飛行器（UAV）在生活中有著大量的現(xiàn)實(shí)需求，例如農(nóng)業(yè)大規(guī)模病蟲害監(jiān)測(cè)等。上述任務(wù)中，無(wú)人飛行器不僅險(xiǎn)，，還能夠降低人工成本[1]。無(wú)人飛行器的主要優(yōu)點(diǎn)還包制造成本低廉，執(zhí)行任務(wù)成本低，操控性靈活等；與傳器的優(yōu)勢(shì)還有：可以垂直起降，不需要專用的機(jī)場(chǎng)，在復(fù)，以及可以保持懸停姿態(tài)[2]。，Breguet-Richet 設(shè)計(jì)建造了歷史上首架四旋翼飛行器（的四端安裝了四個(gè)旋翼，其每個(gè)旋翼的直徑約 8.1m。這起飛了，雖然其在空中僅僅停留了數(shù)秒，但成功的開創(chuàng)了河。四旋翼一條支架兩端的旋翼順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，另一條方向旋轉(zhuǎn)，以抵消自身旋轉(zhuǎn)力矩，不需要專門的反扭力矩旋翼飛行器最鮮明的特點(diǎn)。

并在生產(chǎn)生活實(shí)踐得到廣泛運(yùn)用。nflyerlyer（圖 1.3）是由 RC Toys 開發(fā)，RC toys 是美國(guó)的一家玩具飛機(jī)行業(yè)的老大。Draganflyer 是其設(shè)計(jì)的一款典型拍所設(shè)計(jì)的，是一款性能強(qiáng)勁的遙控?cái)z像四旋翼飛行器旋翼飛行器。目前還有很多研究機(jī)構(gòu)在利用 Draganflye四旋翼飛行器機(jī)身使用輕質(zhì)的碳纖維材料，不僅減輕了而且機(jī)身強(qiáng)度更高。這款飛行器長(zhǎng)寬都為 65cm，高為 268kg，最大起飛重量 0.98kg。它有非常豐富的機(jī)載傳感螺儀（MEMS）和 3 個(gè)固態(tài)微機(jī)械加速度計(jì)，還裝有氣飛行高度，該飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)自主懸停[5]。其飛行控制著陸的功能，這個(gè)功能對(duì)新手玩家非常重要，對(duì)于四旋要的意義。最新的 Draganflyer 控制系統(tǒng)還包括了四個(gè)時(shí)協(xié)助保持飛行器平穩(wěn)。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 程明;張淦;花為;;定子永磁型無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)綜述[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年29期

2 黃麗蓮;齊雪;;基于自適應(yīng)滑�？刂频牟煌S分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)的同步[J];物理學(xué)報(bào);2013年08期

3 白永強(qiáng);劉昊;石宗英;鐘宜生;;四旋翼無(wú)人直升機(jī)魯棒飛行控制[J];機(jī)器人;2012年05期

4 張金龍;徐慧;劉京南;內(nèi)田敬久;郭怡倩;;基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精密角度定位PID控制[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2012年03期

5 郭亞軍;王曉鋒;馬大為;樂(lè)貴高;;自適應(yīng)反演滑模控制在火箭炮交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];兵工學(xué)報(bào);2011年04期

6 楊慶華;宋召青;時(shí)磊;;四旋翼飛行器建模、控制與仿真[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào);2009年05期

7 鄭劍飛;馮勇;鄭雪梅;楊旭強(qiáng);;不確定非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)反演終端滑�？刂芠J];控制理論與應(yīng)用;2009年04期

8 王俊生;馬宏緒;蔡文瀾;稅海濤;聶博文;;基于ADRC的小型四旋翼無(wú)人直升機(jī)控制方法研究[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2008年03期

9 王慶龍;張崇巍;張興;;基于變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2008年09期

10 聶博文;馬宏緒;王劍;王建文;;微小型四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J];電光與控制;2007年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 唐帥;小型無(wú)人直升機(jī)非線性建模與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 姜運(yùn)宇;旋翼無(wú)人機(jī)跟蹤地面移動(dòng)目標(biāo)的視覺(jué)控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 岳基隆;四旋翼無(wú)人機(jī)自適應(yīng)控制方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

3 魏麗文;四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 聶博文;微小型四旋翼無(wú)人直升機(jī)建模及控制方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

5 王樹剛;四旋翼直升機(jī)控制問(wèn)題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2695854