隨著信息化時代的來臨,高科技戰(zhàn)場正在興起。四旋翼無人機(jī)憑借體積小,靈活,隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)迅速應(yīng)用在各行各業(yè)中。在錯綜復(fù)雜的環(huán)境中,四旋翼無人機(jī)的控制算法以及路徑規(guī)劃算法顯得尤為重要。所以本文主要工作分為以下兩部分:首先,本文針對四旋翼無人機(jī)飛行過程中的非線性動力學(xué)模型,結(jié)合Backstepping控制算法的優(yōu)勢,考慮離散時間系統(tǒng)模型,本文設(shè)計(jì)了基于多率采樣的Backstepping控制器,閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可由Lyapunov方法來保證。該控制器的優(yōu)勢非常明顯:與常規(guī)的離散采樣控制器相比,本文設(shè)計(jì)的基于多率采樣的Backstepping控制器是在每一個采樣區(qū)間內(nèi)進(jìn)行多次改變,計(jì)算機(jī)接收到的信息更加接近被控系統(tǒng)的實(shí)時信息,使得控制精度更高;在不改變控制器性能的前提下,相比于常規(guī)的離散采樣,多率采樣的Backstepping控制器允許更大的采樣周期。這意味著,在相同的控制精度精度要求下,降低了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的造價(jià)成本。其次,針對傳統(tǒng)人工勢場法在四旋翼無人機(jī)路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)中的兩個缺陷問題——目標(biāo)不可達(dá)和陷入局部極小值,本文通過在斥力函數(shù)中引入調(diào)節(jié)因子,設(shè)計(jì)了新的路徑規(guī)劃算法,保證了無人機(jī)在靠近目標(biāo)點(diǎn)的時候,引力減小的同時,斥力也在減小,從而使得無人機(jī)可以順利到達(dá)目標(biāo)點(diǎn);當(dāng)無人機(jī)在地圖中陷入局部極小值點(diǎn)時,我們通過在地圖中建立一個虛擬目標(biāo)點(diǎn),從而使得該點(diǎn)產(chǎn)生新的引力,打破原有的“受力平衡”狀態(tài),進(jìn)而使得無人機(jī)“逃離”局部極小值點(diǎn)。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279;V249.1
【部分圖文】：

人機(jī)的研發(fā)時代正式開始。學(xué)者們對多旋翼無人機(jī)的研究起源于二十世紀(jì)初，法國工程師 étienne Oehmichen 在二十世紀(jì)二十年代設(shè)計(jì)了一款多旋翼無人駕駛飛行器（如圖1.2所示），遺憾的是，由于由四個旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的升力比機(jī)器的重力還小導(dǎo)致第一次試飛失敗，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后，這架多旋翼飛機(jī)成功起飛并完成了長達(dá) 14 分鐘的飛行，創(chuàng)下了當(dāng)時直升機(jī)自主飛行領(lǐng)域的世界紀(jì)錄[6]。1922 年，George de Bothezat 博士和 Ivan Jerome 博士受美國俄亥俄州空軍委托，在其空軍基地設(shè)計(jì)并制造了一架大型四旋翼飛行器（如圖1.3所示），但是由于發(fā)動機(jī)性能較差等諸多因素，美國空軍不得不放棄了研究多旋翼飛行器的戰(zhàn)略規(guī)劃[7]。1956 年，由 Convertawings 公司在紐約Amityville 設(shè)計(jì)并制造了一架大型四旋翼直升機(jī)——Convertawings Model “A”（如圖1.4所示）

1.3 George de Bothezat 設(shè)計(jì)的大型四旋翼飛 1.4 Convertawings Model “A”四旋翼直升人員對無人機(jī)進(jìn)行研發(fā)的平臺，因此被學(xué)以及美國波音科技公司[12]等許多研備 10 個傳感器（包括 3 個加速度測壓測量器），可以依靠控制軟件來確定

圖 1.4 Convertawings Model “A”四旋翼直升機(jī)個適合研究人員對無人機(jī)進(jìn)行研發(fā)的平臺，因此被麻省理工學(xué)康考迪亞大學(xué)以及美國波音科技公司[12]等許多研究機(jī)構(gòu)采用anflyer X4 配備 10 個傳感器（包括 3 個加速度測量計(jì)，3 個角

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