【摘要】：迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)改變?nèi)祟惿鐣?huì),快遞的空中投送,航拍的流行,飛行器駕駛等逐漸滲入人們?nèi)粘Ｉ睢簳r(shí)假期所放的風(fēng)箏,也逐漸消失,取而代之的是遙感飛行器。飛行器由于其機(jī)動(dòng)性好,適應(yīng)力強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于軍事戰(zhàn)爭(zhēng)和民用生活。微電機(jī)技術(shù),能源存儲(chǔ)技術(shù)、控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及民用飛行器市場(chǎng)的日益擴(kuò)大,掀起了國(guó)內(nèi)外研究熱潮。本文就四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器的串級(jí)PD姿態(tài)控制系統(tǒng),自抗擾姿態(tài)控制系統(tǒng),改進(jìn)型自抗擾姿態(tài)控制系統(tǒng)與PD位置控制系統(tǒng)。本文對(duì)四旋翼飛行器的發(fā)展歷史、機(jī)體結(jié)構(gòu)、飛行原理、控制系統(tǒng)研究情況進(jìn)行了簡(jiǎn)述,結(jié)合經(jīng)典力學(xué),空氣動(dòng)力學(xué)等相關(guān)知識(shí),根據(jù)牛頓歐拉方程對(duì)四旋翼飛行器建立了動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)考慮到四旋翼飛行器在空中飛行時(shí)易受到紊流風(fēng)場(chǎng)的影響,根據(jù)Dryden模型對(duì)紊流風(fēng)場(chǎng)的描述,建立紊流風(fēng)場(chǎng)模型。分析了紊流風(fēng)場(chǎng)中四旋翼飛行器受力情況。在MATLAB/Simulink里搭建了四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)模型和紊流風(fēng)場(chǎng)模型。考慮系統(tǒng)具有非線性、強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動(dòng)、模型參數(shù)與內(nèi)部參數(shù)不確定、易受外界干擾等特性,設(shè)計(jì)了基于串級(jí)PD控制的飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)。在simulink上進(jìn)行仿真驗(yàn)證,根據(jù)仿真結(jié)果分析了串級(jí)PD的控制性能與在紊流風(fēng)場(chǎng)作用下的控制性能。由串級(jí)PD控制性能的優(yōu)缺點(diǎn)引出自抗擾控制器,分析四旋翼飛行器的自抗擾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了飛行器離散型自抗擾姿態(tài)控制系統(tǒng),進(jìn)行仿真。自抗擾獲得較好的控制性能,并與串級(jí)PD控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析,仿真結(jié)論:自抗擾控制器具有更快的調(diào)節(jié)時(shí)間;控制系統(tǒng)沒有超調(diào)量;以及在紊流風(fēng)場(chǎng)作用,自抗擾控制器可以獲得更好的抗風(fēng)性能�？紤]飛行器易受到較大干擾,為了獲得更好的控制性能,提高自抗擾控制器的狀態(tài)量的跟蹤性能以及控制器抗干擾能力,對(duì)自抗擾控制器進(jìn)行改進(jìn)。先對(duì)自抗擾控制器采用fal函數(shù)的特性進(jìn)行了分析,再對(duì)自抗擾控制中的fal函數(shù)進(jìn)行改進(jìn),得到更優(yōu)的newfal函數(shù)。采用newfal函數(shù)設(shè)計(jì)自抗擾控制器,并對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。采用改進(jìn)型自抗擾控制器對(duì)飛行器的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,同時(shí)設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器的位置控制。仿真結(jié)論:改進(jìn)的自抗擾控制器的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)量跟隨效果比原自抗擾跟隨效果更優(yōu),調(diào)節(jié)時(shí)間更短,在遇到較大干擾時(shí),對(duì)干擾的估計(jì)更精確,抗干擾能力更強(qiáng)。
【圖文】：

仿真表明反ki法可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，跟蹤性能好。文獻(xiàn)[9]針對(duì)四旋翼飛行器采用反法，對(duì)控制器參數(shù)采用粒子群算法進(jìn)行了優(yōu)化整定，仿真驗(yàn)證了反ki法的可行性。反ki方法的魯棒性較差，需要精確的數(shù)學(xué)模型，，抗干擾能力較差，需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。(4)自適應(yīng)控制。自適應(yīng)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)自身控制參數(shù)和特性來適應(yīng)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)擾動(dòng)的化，因此自適應(yīng)控制方法適合未知系統(tǒng)模型。四旋翼飛行器易受到干擾，且系統(tǒng)參難易識(shí)別，自適應(yīng)控制很好的解決這些問題。C.David 等[10]采用自適應(yīng)非線性控制法，對(duì)四旋翼飛行器的飛行的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，穩(wěn)定了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)控制性，減少了跟蹤誤差。L.Taeyoung[11]設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)魯棒控制的四旋翼飛行器的控器，很好的解決系統(tǒng)參數(shù)的不確定性的問題，提高了控制的精度。四旋翼飛行器的研究不僅誕生了很多優(yōu)秀理論成果，還有一系列四旋翼飛行器的品。美國(guó) Draganflyer 公司采用炭纖維和高效能塑料作為機(jī)身材料，通過遙控裝置進(jìn)姿態(tài)調(diào)節(jié)和控制，研發(fā) X-Pro 飛行器遙控航模，是四旋翼飛行器的典型代表。該飛器的四個(gè)旋翼可以折疊，便于運(yùn)輸和保存，主要用于航拍，如圖 1.1。

仿真表明反ki法可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，跟蹤性能好。文獻(xiàn)[9]針對(duì)四旋翼飛行器采用反法，對(duì)控制器參數(shù)采用粒子群算法進(jìn)行了優(yōu)化整定，仿真驗(yàn)證了反ki法的可行性。反ki方法的魯棒性較差，需要精確的數(shù)學(xué)模型，抗干擾能力較差，需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。(4)自適應(yīng)控制。自適應(yīng)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)自身控制參數(shù)和特性來適應(yīng)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)擾動(dòng)的化，因此自適應(yīng)控制方法適合未知系統(tǒng)模型。四旋翼飛行器易受到干擾，且系統(tǒng)參難易識(shí)別，自適應(yīng)控制很好的解決這些問題。C.David 等[10]采用自適應(yīng)非線性控制法，對(duì)四旋翼飛行器的飛行的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，穩(wěn)定了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)控制性，減少了跟蹤誤差。L.Taeyoung[11]設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)魯棒控制的四旋翼飛行器的控器，很好的解決系統(tǒng)參數(shù)的不確定性的問題，提高了控制的精度。四旋翼飛行器的研究不僅誕生了很多優(yōu)秀理論成果，還有一系列四旋翼飛行器的品。美國(guó) Draganflyer 公司采用炭纖維和高效能塑料作為機(jī)身材料，通過遙控裝置進(jìn)姿態(tài)調(diào)節(jié)和控制，研發(fā) X-Pro 飛行器遙控航模，是四旋翼飛行器的典型代表。該飛器的四個(gè)旋翼可以折疊，便于運(yùn)輸和保存，主要用于航拍，如圖 1.1。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(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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本文編號(hào)：2707260