【摘要】：近年來,隨著四軸飛行器技術(shù)的進(jìn)步,其應(yīng)用場合逐漸增多,在室內(nèi)環(huán)境下發(fā)揮的作用也越來越大。目前,在室內(nèi)環(huán)境中,四軸飛行器的研究方向主要包括倉庫巡檢、未知環(huán)境探測以及多機協(xié)作等。此外,在隧道這種復(fù)雜環(huán)境下,四軸飛行器也開始嶄露頭角。因此,本文結(jié)合隧道巡檢的應(yīng)用背景,圍繞四軸飛行器的飛行控制系統(tǒng)以及主動引導(dǎo)式的巡檢控制系統(tǒng),設(shè)計并實現(xiàn)整個四軸飛行器平臺。飛行控制系統(tǒng)是四軸飛行器能夠穩(wěn)定飛行的核心,主要包括姿態(tài)控制系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)。其中,姿態(tài)控制系統(tǒng)由姿態(tài)解算以及姿態(tài)控制器組成,在本文中,姿態(tài)解算使用串級EKF(擴展卡爾曼濾波)算法,對IMU(慣性測量單元)數(shù)據(jù)以及磁強計數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,得到四軸飛行器的姿態(tài)信息,并將該信息用于姿態(tài)控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié);姿態(tài)控制器是一個雙回路控制器,外環(huán)使用PID控制算法,內(nèi)環(huán)使用自抗擾控制(ADRC)算法,并將輸出的控制量分配到四軸飛行器的四個電機中,從而對飛行器的姿態(tài)進(jìn)行控制。位置控制系統(tǒng)包括位置估計以及位置控制器兩個部分,其中,位置估計是通過EKF對加速度數(shù)據(jù)以及位置數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,并將融合之后的數(shù)據(jù)用于位置控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié);位置控制器是一個雙回路PID控制,并對每個環(huán)節(jié)的輸出進(jìn)行一次保方向飽和的限幅處理。在巡檢過程中,要求飛行器能夠自主飛行,因此,本文設(shè)計了一個主動引導(dǎo)的巡檢方案,主要由相對位姿計算以及巡檢控制器兩個部分組成。先通過巡檢設(shè)備得到LED燈的圖像,再對圖像進(jìn)行處理,得到LED的位置,然后通過求解PNP(透視n點定位)問題,計算出四軸飛行器與LED燈平面的相對位姿。同時,針對本文設(shè)計的巡檢方案,設(shè)計相應(yīng)的控制器,并將計算得到的相對位姿數(shù)據(jù)送入控制器中,得到控制量輸出。之后,將LED燈的速度作為補償,得到最終的控制量,從而實現(xiàn)整個巡檢控制系統(tǒng)。最后,根據(jù)課題需要,先對四軸飛行器的飛行控制系統(tǒng)以及巡檢控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試,以達(dá)到最優(yōu)的控制效果。再針對四軸飛行器的各個部分,設(shè)計多項測試環(huán)節(jié),驗證算法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U456.3;V279;V249

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