1.四旋翼飛行器是一種欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合及高度非線性系統(tǒng)的多軸飛行器,通過四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng),保持姿態(tài)平穩(wěn)和飛行器的移動(dòng)。四旋翼飛行器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低,越來越受到市場(chǎng)歡迎,但如何解決其欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合的非線性特性,一直都是姿態(tài)控制研究的重點(diǎn)與難點(diǎn),如今對(duì)飛行器姿態(tài)控制算法的研究重點(diǎn)主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),反步法,模糊控制等,這些研究都取得很大的進(jìn)展,但是這些算法對(duì)飛行器的模型有很大依賴,在實(shí)際工程中面臨的情況會(huì)更加復(fù)雜,因?yàn)轱w行器在飛行時(shí)會(huì)受到外界的刮風(fēng)、空氣動(dòng)力、陀螺效應(yīng)、氣流干擾等外界干擾造成機(jī)身的震動(dòng),而這些干擾很難通過常規(guī)的方法進(jìn)行建模,另一方面,飛行器自身的參數(shù)也存在很多不確定性,比如飛行時(shí)載重后質(zhì)量發(fā)生變化,另外飛行器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的求取很困難甚至求出的參數(shù)與實(shí)際模型也存在很大差距,因此建立精確的數(shù)學(xué)模型非常困難,這也是很多研究中存在的問題,盡管仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果很優(yōu)秀,但如果應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中會(huì)發(fā)現(xiàn)算法徹底失效,根本原因就在于仿真模型和實(shí)際模型相差太大。本文借鑒了所學(xué)的現(xiàn)代控制理論、智能控制等課程,以帶有不確定性的四旋翼飛行器為研究對(duì)象,主要從如下方面進(jìn)行了飛行器姿態(tài)控制的研究:2.對(duì)飛行器進(jìn)行建模,先分析飛行器在地面與機(jī)體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系,然后由牛頓第二定律和動(dòng)量矩定理,從平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩方面對(duì)飛行器進(jìn)行受力分析,分別求解出平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程,從而從平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩方面得到飛行器的模型。3.對(duì)飛行器分別進(jìn)行了PID控制、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID相結(jié)合的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制,滑�？刂�、RBF網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)算法結(jié)合的RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑�？刂扑惴ǖ脑O(shè)計(jì)。PID控制無需知道模型信息,只需調(diào)節(jié)PID參數(shù)就可完成控制任務(wù),但是穩(wěn)定性較差;RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)到的被控對(duì)象Jacobian算法值應(yīng)用到PID參數(shù)的調(diào)節(jié)下實(shí)現(xiàn)了智能化地調(diào)整PID參數(shù)的大小;而RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑�？刂仆ㄟ^在線逼近系統(tǒng)模型的未知函數(shù),采用Lyapunov方法設(shè)計(jì)自適應(yīng)律在線估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和模型未知參數(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶有不確定性飛行器的智能控制,并驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后通過MATLAB/SIMULINK對(duì)這幾種算法進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑�？刂票萊BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)PID控制及PID控制能更好地實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤,同時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間更短、超調(diào)量更小及抗干擾能力更強(qiáng),同時(shí)在飛行器質(zhì)量發(fā)生變化的情況下,該控制器的魯棒性能更強(qiáng)。4.分別從硬件和軟件兩方面出發(fā),完成四旋翼飛行器樣機(jī)的整體設(shè)計(jì),并進(jìn)行室外飛行測(cè)試,檢驗(yàn)飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定性。最終設(shè)計(jì)的飛行器順利地完成了起飛、降落、懸停及返航任務(wù),Pixhawk中保存的姿態(tài)信息說明飛行器能夠跟蹤期望的姿態(tài)角。
【學(xué)位單位】：上海應(yīng)用技術(shù)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】：

Breguet兄弟的飛行器Fig.1.1theaircraftdevelopedbytheBreguetbrothers.

B.G.De研制的飛行器Fig.1.2theaircraftdevelopedbyB.G.D.

M.K.Adman的四旋翼飛行器Fig.1.4M.K.Adman'sfour-rotoraircraft
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2874675