【摘要】：四旋翼無人機(jī)因其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)機(jī)動(dòng)性、可垂直起降等優(yōu)良的特性在軍事、商業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,而隨著對(duì)其研究的不斷深入,人們對(duì)四旋翼無人機(jī)飛行的安全性、穩(wěn)定性、自主飛行能力等方面提出了更高的要求。但是由于四旋翼無人機(jī)是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合的非線性被控對(duì)象并且負(fù)載能力有限,因此對(duì)其飛行控制系統(tǒng)的研究成為重點(diǎn)。在對(duì)四旋無人機(jī)飛行機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,建立地面坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系對(duì)飛行器的位置以及姿態(tài)角進(jìn)行描述,根據(jù)牛頓-歐拉公式建立飛行器數(shù)學(xué)模型。姿態(tài)的穩(wěn)定控制是實(shí)現(xiàn)飛行器軌跡跟蹤的基礎(chǔ),本文針對(duì)飛行器在動(dòng)態(tài)環(huán)境中易受到擾動(dòng)并且姿態(tài)角之間存在耦合的特點(diǎn),使用線性自抗擾控制算法設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制器,在Matlab/Simulink環(huán)境下的仿真結(jié)果表明,線性自抗擾控制器具有良好的姿態(tài)角跟蹤能力與抗干擾特性。針對(duì)飛行器數(shù)學(xué)模型的非線性特點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器與反步法的雙閉環(huán)軌跡跟蹤控制系統(tǒng),將動(dòng)態(tài)面算法引入到控制器的設(shè)計(jì)過程中以避免傳統(tǒng)反步法中存在的“微分爆炸”問題。仿真實(shí)驗(yàn)表明,在外界擾動(dòng)存在的情況下所提出的軌跡跟蹤策略能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的軌跡跟蹤。設(shè)計(jì)并且完成了四旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的硬件與軟件部分。以STM32F407微處理器為主控芯片,分別對(duì)慣性測量、電池管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、PWM捕獲與輸出、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。在Keil環(huán)境下進(jìn)行軟件開發(fā),分別對(duì)程序初始化、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理、PWM輸入捕獲與生成等編寫程序,然后在微處理器中進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。在Lab VIEW環(huán)境下設(shè)計(jì)了地面控制站,主要完成飛行狀態(tài)的監(jiān)控以及向飛行器傳遞控制參數(shù)的功能,避免了在調(diào)試過程中反復(fù)燒錄程序的過程。最后以所設(shè)計(jì)的四旋翼無人機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn),通過調(diào)試平臺(tái)分別整定姿態(tài)控制器參數(shù),并且進(jìn)行姿態(tài)控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法的有效性。最后進(jìn)行懸停實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的四旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的姿態(tài)控制并滿足飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V249.1
【圖文】：

四旋翼無人機(jī)動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)

四旋翼無人機(jī)動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2781408