【摘要】：在控制、通信、人工智能和互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)不斷發(fā)展,多旋翼無(wú)人機(jī)軟件、硬件和算法等多方面都趨于成熟的情況下,眾多與無(wú)人機(jī)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn),無(wú)人機(jī)研究也成為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注點(diǎn)。無(wú)人機(jī)的核心是飛控系統(tǒng),開發(fā)一套穩(wěn)定高效的飛控系統(tǒng)成為無(wú)人機(jī)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。仿真技術(shù)作為控制領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù),普遍用于系統(tǒng)建模與測(cè)試,運(yùn)用仿真技術(shù)對(duì)飛控系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試成為開發(fā)飛控系統(tǒng)一個(gè)必不可少的過(guò)程。本文針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī),結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)于四旋翼無(wú)人機(jī)仿真的研究成果,設(shè)計(jì)開發(fā)一套能夠?qū)λ男頍o(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的半物理仿真平臺(tái)。通過(guò)半物理仿真平臺(tái),不僅可對(duì)飛控系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行測(cè)試,還可以利用平臺(tái)中設(shè)計(jì)的環(huán)境仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)飛控系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾能力測(cè)試。本文詳細(xì)論述建立四旋翼無(wú)人機(jī)半物理仿真平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案,針對(duì)各模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。首先,對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行原理進(jìn)行闡述,考慮到四旋翼無(wú)人機(jī)在環(huán)境中受到的風(fēng)場(chǎng)作用,本文利用MATLAB建立風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)下的四旋翼無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型,同時(shí),基于PID控制方法設(shè)計(jì)PID控制器,結(jié)合模糊控制理論,建立模糊規(guī)則,形成模糊PID控制器,并利用Simulink工具對(duì)控制器建模。接著,分析開源飛控系統(tǒng)Pixhawk,并進(jìn)行擴(kuò)展開發(fā)。最后,采用六自由度轉(zhuǎn)臺(tái)作為半物理仿真平臺(tái)的物理效應(yīng)模型,利用Qt Creator開發(fā)工具開發(fā)環(huán)境仿真系統(tǒng),由此形成一套面向復(fù)雜環(huán)境的半物理仿真平臺(tái)。測(cè)試結(jié)果表明,四旋翼無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型能夠在風(fēng)場(chǎng)下正確計(jì)算,模糊PID控制器為四旋翼無(wú)人機(jī)提供優(yōu)秀的控制方案。半物理仿真平臺(tái)能夠向基于Pixhawk的飛控系統(tǒng)注入環(huán)境仿真信息并顯示四旋翼無(wú)人機(jī)的飛行軌跡和飛行狀態(tài)信息,六自由度轉(zhuǎn)臺(tái)能夠復(fù)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)。本文設(shè)計(jì)的半物理仿真平臺(tái)用于飛控系統(tǒng)的開發(fā),對(duì)縮短研發(fā)周期,提高控制精度具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;V249.1;TP273
【圖文】：

邐疆＾邐擺焌逡逑圖１．２邋Ｄｏｎｇｗｏｎ邋Ｊｕｎｇ和Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ邋Ｔｓｉｏｔｒａｓ設(shè)計(jì)的半物理仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖１４１逡逑上述兩種無(wú)人機(jī)的半物理仿真平臺(tái)是早期最基本的半物理仿真架構(gòu)，它們通過(guò)多臺(tái)逡逑計(jì)算機(jī)運(yùn)行仿真系統(tǒng)中的程序，并實(shí)現(xiàn)彼此通信，來(lái)體現(xiàn)半物理仿真平臺(tái)的物理特性，逡逑但是如此設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)僅僅是作為程序運(yùn)行的載體，并沒有參與到整個(gè)系統(tǒng)仿真交互過(guò)逡逑程中，因此就沒有完全體現(xiàn)出半物理仿真的優(yōu)勢(shì)。逡逑國(guó)內(nèi)早期對(duì)于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在軍事領(lǐng)域，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、逡逑通信技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，對(duì)半物理仿真技術(shù)的研宄也成為國(guó)內(nèi)許多領(lǐng)域的熱門逡逑方向。目前對(duì)于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在高校和部分研宄機(jī)構(gòu)。逡逑２００８年南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院宋煒等人以ＭＡＴＬＡＢ為基礎(chǔ)，搭建兩臺(tái)仿真逡逑計(jì)算機(jī)

邐疆＾邐擺焌逡逑圖１．２邋Ｄｏｎｇｗｏｎ邋Ｊｕｎｇ和Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ邋Ｔｓｉｏｔｒａｓ設(shè)計(jì)的半物理仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖１４１逡逑上述兩種無(wú)人機(jī)的半物理仿真平臺(tái)是早期最基本的半物理仿真架構(gòu)，它們通過(guò)多臺(tái)逡逑計(jì)算機(jī)運(yùn)行仿真系統(tǒng)中的程序，并實(shí)現(xiàn)彼此通信，來(lái)體現(xiàn)半物理仿真平臺(tái)的物理特性，逡逑但是如此設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)僅僅是作為程序運(yùn)行的載體，并沒有參與到整個(gè)系統(tǒng)仿真交互過(guò)逡逑程中，因此就沒有完全體現(xiàn)出半物理仿真的優(yōu)勢(shì)。逡逑國(guó)內(nèi)早期對(duì)于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在軍事領(lǐng)域，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、逡逑通信技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，對(duì)半物理仿真技術(shù)的研宄也成為國(guó)內(nèi)許多領(lǐng)域的熱門逡逑方向。目前對(duì)于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在高校和部分研宄機(jī)構(gòu)。逡逑２００８年南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院宋煒等人以ＭＡＴＬＡＢ為基礎(chǔ)，搭建兩臺(tái)仿真逡逑計(jì)算機(jī)

【參考文獻(xiàn)】

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1 鮑泳林;;某無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)地面半實(shí)物仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2015年06期

2 徐誠(chéng);黃大慶;孔繁鏘;;一種小型無(wú)人機(jī)無(wú)源目標(biāo)定位方法及精度分析[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2015年05期

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本文編號(hào)：2715966