本文關(guān)鍵詞：新型多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多旋翼飛行器由于其結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)動靈活,能夠?qū)崿F(xiàn)懸停、垂直起降等特點(diǎn),隨著自動控制理論的深入研究,以及微型傳感器的廣泛應(yīng)用,近年來多旋翼飛行器受到廣泛的關(guān)注。目前多旋翼飛行器已經(jīng)應(yīng)用在了影視航拍、飛行表演、農(nóng)藥噴灑以及環(huán)境監(jiān)測等任務(wù)中,同時對飛行器的載重要求也越來越高,使其能夠搭載更多的設(shè)備。然而目前增加載重能力的方法主要是增大軸距以及旋翼尺寸,但帶來的問題就是不方便攜帶尤其是在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸時,且大旋翼在高轉(zhuǎn)速下非常危險容易造成人員傷亡。為了解決這一問題,本文設(shè)計了一種新型樣機(jī),在不增加軸距的情況下增加旋翼的載重能力,運(yùn)用不同控制方法對飛行器模型進(jìn)行仿真分析,并在樣機(jī)上進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。本文在四旋翼飛行器的基礎(chǔ)上重新設(shè)計了一種五軸樣機(jī),其特點(diǎn)是在四軸飛行器的腹部增加第五旋翼,建立樣機(jī)的三維模型,并采用碳纖維板對樣機(jī)的機(jī)架進(jìn)行加工,選取相應(yīng)模塊搭建樣機(jī)平臺。分析并建立了改進(jìn)后的該樣機(jī)的動力學(xué)模型,并通過實(shí)驗(yàn)確定了模型的相關(guān)參數(shù),包括升力系數(shù)、扭矩系數(shù)、比例系數(shù)等,并搭建了飛行器的Matlab仿真平臺。根據(jù)樣機(jī)的動力學(xué)模型,分別設(shè)計了PD以及反步法控制器,并使用Matlab工具包進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明PD控制方法調(diào)節(jié)平穩(wěn)且沒有超調(diào)量,而反步法響應(yīng)速度快,但存在著一定的超調(diào)量。編寫了飛行器的控制程序并在樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,同時測量了飛行器的升力,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在飛行器腹部增加旋翼能夠提高21.3%的升力。
【關(guān)鍵詞】：多旋翼 PID 反步法 Matlab仿真 軌跡跟蹤
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8-10
• 1.1.1 多旋翼飛行器的研究背景8-10
• 1.1.2 研究的目的和意義10
• 1.2 多旋翼飛行器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 多旋翼飛行器動力學(xué)系統(tǒng)建模17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 多旋翼飛行器姿態(tài)表示17-24
• 2.2.1 歐拉角法19-23
• 2.2.2 姿態(tài)參考四元數(shù)法23-24
• 2.3 多旋翼飛行器動力學(xué)建模24-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 多旋翼飛行器參數(shù)測定及仿真平臺的搭建28-36
• 3.1 引言28
• 3.2 多旋翼飛行器參數(shù)測定28-31
• 3.3 利用狀態(tài)方程求解傳遞函數(shù)31-34
• 3.4 搭建控制系統(tǒng)仿真平臺34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第4章 基于PID控制方法的控制效果分析36-42
• 4.1 引言36
• 4.2 PID控制方法的原理36-37
• 4.3 基于PD方法的控制效果分析37-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第5章 基于Backstepping控制器的控制效果分析42-52
• 5.1 引言42
• 5.2 反步法原理42-45
• 5.3 基于反步法的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計45-49
• 5.3.1 多旋翼系統(tǒng)模型的狀態(tài)空間描述45-46
• 5.3.2 基于反步法的姿態(tài)環(huán)控制46-48
• 5.3.3 基于反步法的位置環(huán)控制48-49
• 5.4 基于反步法控制效果分析49-51
• 5.5 本章小結(jié)51-52
• 第6章 多旋翼控制系統(tǒng)的測試與分析52-59
• 6.1 引言52
• 6.2 搭建硬件平臺52-57
• 6.3 多旋翼飛行器飛行調(diào)試57-58
• 6.4 本章總結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果64-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊明志;王敏;;四旋翼微型飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計[J];計算機(jī)測量與控制;2008年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王樹剛;四旋翼直升機(jī)控制問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

2 姚元鵬;四旋翼直升機(jī)控制問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

3 國倩倩;微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計及控制方法研究[D];吉林大學(xué);2013年

4 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

  本文關(guān)鍵詞：新型多旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：286379