【摘要】：四旋翼飛行器控制系統(tǒng)是一種非線性、欠驅(qū)動、強耦合的系統(tǒng),它是驗證各種控制算法的理想平臺,是自動控制領(lǐng)域的研究熱點之一。論文以實驗室搭建的四旋翼飛行器為研究對象,重點研究了反演控制方法,并針對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)新點如下:1.根據(jù)Newton-Euler方程建立了飛行器的動力學(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)兩個部分,構(gòu)造了6個控制通道的傳遞函數(shù)和4個控制量,將高度耦合的系統(tǒng)分解成獨立的控制通道。2.基于參數(shù)自整定PID控制方法設(shè)計了姿態(tài)控制和位置控制律,利用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真,驗證了方案的可行性。3.針對四旋翼飛行器控制系統(tǒng)高階數(shù)和非線性的特點,基于Backstepping控制方法和滑模變結(jié)構(gòu)原理,設(shè)計了反演控制器,針對參數(shù)不確定性和干擾未知引起系統(tǒng)抖振問題,設(shè)計了自適應(yīng)反演控制律。最后,在Simulink上仿真,對三種控制方法進(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)計了四旋翼飛行器的總體方案,搭建了四旋翼飛行器實驗平臺,在該平臺上實現(xiàn)了自適應(yīng)反演控制器。測試表明,該實驗平臺能夠?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。時至今日，航天飛機已經(jīng)是人的交通工具。但人類對航天的需求是多樣化的，傳統(tǒng)航天刻，無法滿足像拍照、監(jiān)控這樣的任務(wù)。無人飛行器（UAV）在生活中有著大量的現(xiàn)實需求，例如農(nóng)業(yè)大規(guī)模病蟲害監(jiān)測等。上述任務(wù)中，無人飛行器不僅險，，還能夠降低人工成本[1]。無人飛行器的主要優(yōu)點還包制造成本低廉，執(zhí)行任務(wù)成本低，操控性靈活等；與傳器的優(yōu)勢還有：可以垂直起降，不需要專用的機場，在復(fù)，以及可以保持懸停姿態(tài)[2]。，Breguet-Richet 設(shè)計建造了歷史上首架四旋翼飛行器（的四端安裝了四個旋翼，其每個旋翼的直徑約 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針方向旋轉(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。

并在生產(chǎn)生活實踐得到廣泛運用。nflyerlyer（圖 1.3）是由 RC Toys 開發(fā)，RC toys 是美國的一家玩具飛機行業(yè)的老大。Draganflyer 是其設(shè)計的一款典型拍所設(shè)計的，是一款性能強勁的遙控攝像四旋翼飛行器旋翼飛行器。目前還有很多研究機構(gòu)在利用 Draganflye四旋翼飛行器機身使用輕質(zhì)的碳纖維材料，不僅減輕了而且機身強度更高。這款飛行器長寬都為 65cm，高為 268kg，最大起飛重量 0.98kg。它有非常豐富的機載傳感螺儀（MEMS）和 3 個固態(tài)微機械加速度計，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，這個功能對新手玩家非常重要，對于四旋要的意義。最新的 Draganflyer 控制系統(tǒng)還包括了四個時協(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2695854