本文關鍵詞：基于數(shù)據(jù)融合的四旋翼無人機控制器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼無人機可以實現(xiàn)飛行的垂直起降、定點懸停等其他飛行器完成不了的飛行任務,在軍事和民用領域都得到廣泛應用,已逐漸成為國際研究的熱點,并深受研究者們的青睞。為實現(xiàn)其穩(wěn)定可靠的飛行對于微處理器、導航技術、機體設計、多傳感器技術、控制算法等各個方面都有較高的技術要求;因此,四旋翼無人機的研究給導航技術、多傳感器技術、控制方法等領域提供了一個非常便捷、有效的研究平臺,發(fā)展前景十分廣闊。本文在綜述飛行器的研究現(xiàn)狀和應用前景的基礎上,對多種控制算法展開分析說明,并針對其獨特特性,重點對飛行器的數(shù)學模型、非線性控制器及數(shù)據(jù)濾波等問題進行研究,論文研究內(nèi)容和主要工作如下:(1)建立四旋翼無人機的動力學模型:將飛行器視為剛體,選取影響其運動的關鍵力及力矩,再由牛頓-歐拉方程推導出系統(tǒng)狀態(tài)方程和電機轉(zhuǎn)子的數(shù)學模型。(2)基于Backstepping方法的四旋翼無人機控制器的設計:對Backstepping方法的思想理念、推導過程做了簡要說明。在雙回路結(jié)構(gòu)控制基礎上,根據(jù)前面建立的數(shù)學模型,將Backstepping方法進行改進,提出了基于準滑模反步法的控制器設計,對多個傳感器的數(shù)據(jù)濾波過程進行說明,并通過仿真實驗,與典型PID控制方法相比較。(3)四旋翼無人機的硬件設計:硬件設計包括主要對器件的選型和電路的設計。本文主控制器選用STM32F103RBT6芯片,傳感器模塊選用了MPU-6050、電子羅盤HMC5883L模塊、超聲波US-100模塊,GPS;無線通信模塊選用了NRF24L01芯片,并針對上述選擇的器件自主設計了飛行器的硬件電路。(4)介紹了四旋翼無人機的軟件設計和實驗調(diào)試:根據(jù)硬件系統(tǒng)對系統(tǒng)軟件的設計進行總體概括說明,為驗證設計控制器的實際效果,對樣機進行了室內(nèi)性能測試。隨后對設計的控制系統(tǒng)進行整體概括,對存在的不足和缺點提出了下一步的工作任務。
【關鍵詞】：四旋翼無人機 動力學方程 滑模變結(jié)構(gòu) Backstepping方法
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP202;V249.1
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題背景及意義11-12
• 1.2 四旋翼無人機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 四旋翼無人機控制方法研究16-17
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排17-19
• 第二章 四旋翼無人機的動力學模型19-27
• 2.1 四旋翼無人機原理介紹19-21
• 2.2 參考坐標系的選擇21-22
• 2.3 四旋翼無人機的動力學模型22-26
• 2.3.1 動力學方程的建立23-24
• 2.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)方程24-25
• 2.3.3 直流電機動力學模型25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于數(shù)據(jù)融合的四旋翼無人機控制器的設計27-42
• 3.1 Backstepping方法的控制原理27-29
• 3.1.1 Lyapunov穩(wěn)定性的基本概念27
• 3.1.2 Backstepping方法及穩(wěn)定性27-29
• 3.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的原理29-31
• 3.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本概念29-30
• 3.2.2 滑動模態(tài)存在及到達條件30-31
• 3.3 四旋翼無人機控制器的設計31-35
• 3.3.1 基于準滑模反步法的姿態(tài)控制設計31-33
• 3.3.2 基于準滑模反步法的高度控制設計33-34
• 3.3.3 基于準滑模反步法的位置控制設計34-35
• 3.4 多傳感器數(shù)據(jù)融合的濾波研究35-38
• 3.4.1 濾波方法介紹35
• 3.4.2 互補濾波器的設計35-36
• 3.4.3 Kalman濾波器的設計36-38
• 3.4.4 數(shù)據(jù)融合濾波算法總結(jié)38
• 3.5 控制策略的仿真結(jié)果與分析38-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第四章 四旋翼無人機的硬件設計42-52
• 4.1 控制器選型42-43
• 4.2 電源模塊43
• 4.3 傳感器模塊43-48
• 4.3.1 姿態(tài)測量傳感器44-46
• 4.3.2 高度測量傳感器46-47
• 4.3.3 位置測量傳感器47-48
• 4.4 電機及其驅(qū)動模塊48-50
• 4.5 無線通訊模塊50-51
• 4.6 本章總結(jié)51-52
• 第五章 軟件設計及調(diào)試結(jié)果52-58
• 5.1 飛行控制系統(tǒng)運行的總體結(jié)構(gòu)52-53
• 5.2 系統(tǒng)軟件設計概括53-54
• 5.3 系統(tǒng)調(diào)試與飛行54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及科研情況63-64
• 致謝64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李俊;李運堂;;四旋翼飛行器的動力學建模及PID控制[J];遼寧工程技術大學學報(自然科學版);2012年01期

2 趙元偉;盧京朝;;四旋翼飛行器的建模及基于反步法的控制[J];科學技術與工程;2013年34期

  本文關鍵詞：基于數(shù)據(jù)融合的四旋翼無人機控制器的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：275821