發(fā)布時間：2020-06-10 14:51

【摘要】：四旋翼飛行器應(yīng)用廣泛,但其動力學(xué)模型較為復(fù)雜,具有強耦合、非線性及系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)時變等特性,使得飛行控制具有一定難度。自抗擾控制(ADRC)技術(shù)本身不依賴于被控對象的精準數(shù)學(xué)模型,可以實時的觀測并補償系統(tǒng)的擾動,并可以實現(xiàn)解耦控制,因此本文研究了自抗擾控制技術(shù)在四旋翼飛行器姿態(tài)控制中的應(yīng)用。本文首先研究了四旋翼飛行器結(jié)構(gòu),介紹了其飛行原理,詳細分析了四旋翼飛行器的動力學(xué)模型,為四旋翼飛行器的姿態(tài)控制的仿真和設(shè)計控制方案奠定了基礎(chǔ)。基于自抗擾控制技術(shù)的概述,本文同時又介紹了帶寬化的線性自抗擾控制器。對于線性自抗擾控制器的參數(shù)整定進行了一系列研究工作,主要包括將帶寬化自抗擾控制器與粒子群算法結(jié)合進行參數(shù)尋優(yōu),分析了參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響,在此基礎(chǔ)上基于專家控制進行了進一步參數(shù)尋優(yōu),最后總結(jié)出了完整的線性自抗擾控制器的參數(shù)整定工作流程。依據(jù)總結(jié)出的參數(shù)整定工作流程,針對不同被控對象進行了仿真實驗,驗證了線性自抗擾控制器參數(shù)整定方法的有效性。根據(jù)四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型,本文在MATLAB/Simulink中搭建了四旋翼飛行器的仿真模型,設(shè)計了串級PID、非線性自抗擾控制和線性自抗擾控制三種控制方案應(yīng)用于四旋翼飛行器的姿態(tài)控制仿真中。為了驗證線性自抗擾控制在四旋翼無人機姿態(tài)控制中的有效性,搭建了實際的測試平臺,基于此實驗平臺,本文將線性自抗擾控制算法移植入PX4原生固件的姿態(tài)控制庫中,進行了系留試驗、懸停實驗和抗擾性實驗。
【圖文】：

喔ｍ機３逡逑圖２－１四旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)逡逑四旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)如圖２－１所示，主要由支架、四個旋翼、四個電機和逡逑飛行控制計算機組成。其中，支架是一個相互交叉且對稱的剛體，剛體的四個頂端逡逑各裝有一個電機來帶動各自的螺旋槳進行轉(zhuǎn)動，而四個螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的力驅(qū)動無逡逑人機運動。四旋翼無人機能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)和位置的變化，，是通過飛行控制計算機調(diào)節(jié)逡逑四個螺旋槳的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)的。螺旋槳的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生反向扭矩，為了能讓四個螺旋槳旋逡逑轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反向扭矩可以相互抵消，關(guān)于支架中心位置對稱的一對電機旋轉(zhuǎn)方向相同逡逑并且反向于另外一對電機。由此可見，四旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)簡單實用。逡逑圖２－２是四旋翼無人機的組成圖，一套完整的四旋翼無人機系統(tǒng)，主要包括飛逡逑行控制器、四旋翼飛行器動力系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)以及地面站軟件。飛行過程中

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本文編號：2706447