發(fā)布時(shí)間：2017-04-05 00:05

  本文關(guān)鍵詞：基于Backstepping的多旋翼無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微小型多旋翼無人機(jī)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、可垂直起降、無人員傷亡危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)�？蓮V泛應(yīng)用于氣象勘測(cè)、航空攝影、災(zāi)后救援、智能交通、精細(xì)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。本文以設(shè)計(jì)一架用于氣象勘測(cè)的微小型多旋翼無人機(jī)為目的,研究了無人機(jī)整體方案設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)建模與自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 首先,針對(duì)應(yīng)用于氣象勘測(cè)的多旋翼無人機(jī)的具體設(shè)計(jì)要求,確定了多旋翼無人機(jī)的機(jī)體、嵌入式系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。其中,機(jī)體設(shè)計(jì)主要從機(jī)體尺寸、負(fù)載能力、續(xù)航能力、可維護(hù)性幾個(gè)角度進(jìn)行了分析：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要討論了硬件選型和軟件系統(tǒng)程序流程的設(shè)計(jì)。飛行控制系統(tǒng)方案主要確定各種飛行模式的實(shí)現(xiàn)方案和自主飛行控制系統(tǒng)回路劃分。 隨后,對(duì)微小型四旋翼無人機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。建模部分根據(jù)飛行原理和剛體的空間運(yùn)動(dòng)方程,并結(jié)合具體的無人機(jī)對(duì)象,建立了四旋翼無人機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)模型。自主飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被分為X方向位置、Y方向位置、高度、偏航角四個(gè)控制回路。并根據(jù)系統(tǒng)非線性特點(diǎn)和系統(tǒng)魯棒性的控制要求,設(shè)計(jì)了反步法(Backstepping)和模型參考滑�？刂破�(Model Reference Sliding Mode Control, MRSMC).最后,為了驗(yàn)證控制系統(tǒng)的性能,對(duì)設(shè)計(jì)的控制器分別進(jìn)行了室外飛行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的控制器取得了良好的控制效果,完成了室外的自主飛行實(shí)驗(yàn),符合氣象勘測(cè)應(yīng)用無人機(jī)的設(shè)計(jì)的基本要求,從而驗(yàn)證了本文機(jī)體設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無人機(jī) 機(jī)體設(shè)計(jì) 自主飛行控制系統(tǒng) 反步法 模型參考滑�？刂�
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【目錄】：

• 目錄3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 第一章 緒論7-12
• 1.1 項(xiàng)目研究背景與意義7-8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)8-10
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)10-12
• 第二章 多旋翼無人機(jī)整體方案設(shè)計(jì)12-29
• 2.1 需求分析12-13
• 2.2 機(jī)體設(shè)計(jì)13-18
• 2.2.1 懸浮條件及電機(jī)選型13-14
• 2.2.2 懸臂的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)14-15
• 2.2.3 電池選型15
• 2.2.4 機(jī)體和旋翼尺寸設(shè)計(jì)15-17
• 2.2.5 機(jī)體具體實(shí)現(xiàn)17-18
• 2.3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)18-24
• 2.3.1 硬件選型18-22
• 2.3.2 軟件流程設(shè)計(jì)22-24
• 2.4 飛行控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)24-28
• 2.4.1 飛行原理24-25
• 2.4.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析25-27
• 2.4.3 自主飛行實(shí)現(xiàn)方案27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 四旋翼無人機(jī)建模29-41
• 3.1 受力分析與動(dòng)力學(xué)方程29-33
• 3.1.1 線運(yùn)動(dòng)分析29-30
• 3.1.2 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)分析30-33
• 3.2 模型簡(jiǎn)化與系統(tǒng)辨識(shí)33-40
• 3.2.1 水平方向位置模型34-37
• 3.2.2 高度模型37-39
• 3.2.3 偏航模型39-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41-56
• 4.1 增穩(wěn)控制41-42
• 4.2 基于Backstepping的水平方向位置控制42-49
• 4.2.1 姿態(tài)控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)42-46
• 4.2.2 速度控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)46-49
• 4.2.3 位置控制器的設(shè)計(jì)49
• 4.3 基于MRSMC的高度控制49-54
• 4.3.1 參考模型設(shè)計(jì)50-52
• 4.3.2 SMC控制回路設(shè)計(jì)52-54
• 4.4 基于MRSMC航向控制54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析56-63
• 5.1 地面站系統(tǒng)56
• 5.2 增穩(wěn)控制實(shí)驗(yàn)56-58
• 5.3 姿態(tài)控制58-59
• 5.4 偏航控制59
• 5.5 高度控制實(shí)驗(yàn)59-60
• 5.6 速度控制實(shí)驗(yàn)60-61
• 5.7 基于GPS的自主飛行實(shí)驗(yàn)61-62
• 5.8 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)和展望63-65
• 6.1 總結(jié)63
• 6.2 展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 作者簡(jiǎn)介71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 宿敬亞;樊鵬輝;蔡開元;;四旋翼飛行器的非線性PID姿態(tài)控制[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2011年09期

2 馬舒慶,陳洪濱,汪改,潘毅,李強(qiáng);A Miniature Robotic Plane Meteorological Sounding System[J];Advances in Atmospheric Sciences;2004年06期

3 趙述龍;安宏雷;劉建平;馬宏緒;;四旋翼飛行器模型的氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2013年08期

4 姚敏;王緒芝;趙敏;;無人機(jī)群協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)分配方法研究[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2013年05期

5 張廣玉;張洪濤;李隆球;王林;;四旋翼微型飛行器設(shè)計(jì)[J];哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

6 韓志鳳;李榮冰;劉建業(yè);杭義軍;;小型四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型優(yōu)化[J];控制工程;2013年S1期

7 潘計(jì)輝;張盛兵;張小靜;張小林;;無人機(jī)容錯(cuò)飛行控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2013年09期

8 王偉;馬浩;孫長(zhǎng)銀;;四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年19期

9 楊成順;楊忠;葛樂;黃宵寧;李少斌;;基于多旋翼無人機(jī)的輸電線路智能巡檢系統(tǒng)[J];濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李遠(yuǎn);多UAV協(xié)同任務(wù)資源分配與編隊(duì)軌跡優(yōu)化方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：基于Backstepping的多旋翼無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：286121