近年來(lái),四旋翼飛行器受到了廣泛的關(guān)注,由于其顯著的控制特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在生活中的各大領(lǐng)域,市場(chǎng)價(jià)值正在不斷上升,但不可否認(rèn)的是四旋翼飛行器是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng),需要控制的變量多,變量之間的耦合強(qiáng),而且在運(yùn)行過(guò)程中非常容易受到外界環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)等不確定因素的影響,這使得在設(shè)計(jì)四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)時(shí)難度較大。傳統(tǒng)的模糊PID控制,難以選擇一個(gè)合適的量化因子和比例因子,往往是通過(guò)自己的主觀判斷或者經(jīng)驗(yàn)盲目地選取,并且采用固定的量化因子和比例因子會(huì)使得誤差越來(lái)越小時(shí),控制規(guī)則更多落在零點(diǎn)附近,可用的控制規(guī)則越來(lái)越少,難以適應(yīng)多種不同的環(huán)境,達(dá)不到想要的控制效果。有鑒于此,本文提出了一種因子自適應(yīng)模糊PID控制方法,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制器,通過(guò)找出量化因子、比例因子與控制器輸入量之間的關(guān)系,采用變論域的思想對(duì)模糊論域進(jìn)行伸縮,從而改進(jìn)模糊PID控制器,使得四旋翼飛行器在運(yùn)行的不同階段可以有與之匹配的不同的量化因子和比例因子,進(jìn)一步改善四旋翼飛行器姿態(tài)控制的性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)本文首先介紹了四旋翼飛行器姿態(tài)控制的研究背景與意義,并分析了國(guó)內(nèi)外的四旋翼飛行器姿態(tài)控制的研究現(xiàn)狀,然后介紹了幾種常用的姿態(tài)控制方法性能以及特點(diǎn),為之后提出因子自適應(yīng)模糊PID控制方法作鋪墊。(2)接著,分析了四旋翼飛行器的幾種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),確定機(jī)體坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并利用歐拉方程對(duì)四旋翼飛行器的平動(dòng)模型和轉(zhuǎn)動(dòng)模型進(jìn)行了研究,進(jìn)而得出飛行器的非線性動(dòng)力學(xué)模型。(3)根據(jù)所建立的四旋翼飛行器非線性動(dòng)力學(xué)模型,提出了一種因子自適應(yīng)模糊PID控制方法,采用對(duì)兩種尺度變化因子在線調(diào)整的方法,使得輸入和輸出論域大小發(fā)生改變。保證在系統(tǒng)整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中,當(dāng)誤差量很小的時(shí)候,仍然能使用較多的模糊規(guī)則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)控制。然后通過(guò)matlab進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果表明本文所提出的因子自適應(yīng)模糊PID控制方法是有效的,而且與文中另外兩種算法相比,本文所提出的的算法更有優(yōu)越性。(4)在姿態(tài)控制理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地結(jié)合所搭建實(shí)物平臺(tái)驗(yàn)證所提算法的有效性。在keil5集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下,編寫并調(diào)試代碼,實(shí)現(xiàn)程序開(kāi)發(fā),進(jìn)而控制四旋翼飛行器的姿態(tài)。
【學(xué)位單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V249.1
【部分圖文】：

圖1.1 Draganflyer Commander四旋翼飛行器ommande單次充電后可以飛行45分鐘，在執(zhí)法、辟了新的商業(yè)使用案例，這使Draganfly創(chuàng)新公商的地位更加鞏固。Draganflyer Commander無(wú)機(jī)在空中保持飛行的時(shí)間都長(zhǎng)，每次充電后可以人機(jī)相比，Commander無(wú)人機(jī)的卸載飛行時(shí)間。因?yàn)榫哂懈鼜?qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以Draganflyer C(2.2磅)，比Draganflyer X4-ES無(wú)人機(jī)多25%。綜動(dòng)降落能力。新的動(dòng)態(tài)飛行時(shí)間預(yù)告可在空中的剩余飛行時(shí)間、測(cè)量功耗、監(jiān)控電池電池和先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)，因此電池故障ander可以在剩余電量下仍然保持飛行。電池組

圖1.2 md4-1000四旋翼飛行器和微型四旋翼飛行器的研究大部分集中在科研院校包括：瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)、麻省理工學(xué)院、美國(guó)邦理工大學(xué)設(shè)計(jì)了一款四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)，該主控制，使其在室內(nèi)外實(shí)現(xiàn)完全自主的飛行，同時(shí)還問(wèn)題和航跡跟隨[19]。此外，該學(xué)校還研發(fā)了多個(gè)飛器群可以部署在那些通信設(shè)施遭到破壞的受災(zāi)地區(qū)，些被困人群提供與外界聯(lián)系的“生命線”。院對(duì)四旋翼無(wú)人飛行器的研究較早，開(kāi)展了飛行器器飛行軌跡的規(guī)劃[20][22]。在2017年，研發(fā)了一款既上行駛的四旋翼飛行器，如圖1.3所示，該飛行器可以

5圖1.3 飛行和陸地行駛四旋翼飛行器美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)1979年建立了GRASP實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的四旋翼飛行器令人印象深刻的是實(shí)現(xiàn)了多個(gè)飛行器的編隊(duì)和協(xié)同任務(wù)[23]，這可以實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大的功能，包括：避障及目標(biāo)識(shí)工程建設(shè)，運(yùn)輸東西，對(duì)精密儀器進(jìn)行檢修，并在飛行器同伴遭遇不測(cè)時(shí)自動(dòng)救助。斯坦福大學(xué)成立了專門研究飛行器的部門，該部門開(kāi)發(fā)了四旋翼飛行器自主控制的飛行器平臺(tái)，先后設(shè)計(jì)了兩套四旋翼飛行器系統(tǒng)，其能夠與地面站之間進(jìn)行無(wú)線通訊，且比較突出的特點(diǎn)是載重量可達(dá)1kg[26]，此外，該大學(xué)與Fritz團(tuán)隊(duì)聯(lián)合
【參考文獻(xiàn)】

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1 林旭梅;王嬋;;四旋翼飛行器的自適應(yīng)魯棒滑�？刂破髟O(shè)計(jì)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2015年07期

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4 陳彥民;何勇靈;孔令博;周岷峰;;四旋翼飛行器分散PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2014年02期

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2 魏文菲;無(wú)遮擋航拍四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真研究[D];中北大學(xué);2017年

3 黃依新;四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法研究[D];西南交通大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2859838