四旋翼無(wú)人機(jī)是一種常見的小型無(wú)人機(jī),起降方便,能夠應(yīng)用在航拍、災(zāi)難救援、測(cè)繪、電力巡檢等領(lǐng)域,具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文主要從四旋翼無(wú)人機(jī)研究背景、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與建模、滑�？刂坡稍O(shè)計(jì)、卡爾曼濾波數(shù)據(jù)融合、自主飛行試驗(yàn)等幾個(gè)方面對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)展開研究。分別從軟件和硬件兩個(gè)方面對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行質(zhì)量進(jìn)行了優(yōu)化。首先,根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)分析了無(wú)人機(jī)的飛行原理,根據(jù)無(wú)人機(jī)的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)建立其數(shù)學(xué)模型,同時(shí)建立了作為無(wú)人機(jī)飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)模型。其次,考慮到四旋翼無(wú)人機(jī)的建模誤差和模型對(duì)外擾敏感的特點(diǎn),采用了滑�？刂谱鳛闊o(wú)人機(jī)的飛控算法,分別設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)的位置滑�？刂破骱妥藨B(tài)滑模控制器。并對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行了Matlab仿真,驗(yàn)證了滑�？刂扑惴▽�(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)角和位置控制的有效性。接著,針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)各傳感器性能單一,無(wú)法滿足對(duì)其姿態(tài)角和位置準(zhǔn)確追蹤的特點(diǎn),采用卡爾曼濾波算法對(duì)多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,得到比單一信息源更連續(xù)準(zhǔn)確可靠的導(dǎo)航信息。最后,完成四旋翼無(wú)人機(jī)硬件部分總體設(shè)計(jì)。在進(jìn)行機(jī)身硬件設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合無(wú)人機(jī)的飛行環(huán)境、無(wú)人機(jī)抗外擾能力、控制算法程序設(shè)計(jì)、零部件的成本等因素。用設(shè)計(jì)好的... 

【文章來(lái)源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：54 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

固定翼無(wú)人機(jī)

.1 研究背景及意義無(wú)人機(jī)全稱無(wú)人駕駛飛機(jī)（UAV，Unmanned Aerial Vehicle），是一種依靠攜帶的飛行控制裝置和無(wú)線遙控設(shè)備操縱的不載人飛行器。通過(guò)自身攜帶的設(shè)備和飛行控制系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)可以脫離遙控器自動(dòng)駕駛，實(shí)現(xiàn)超視距飛行[1前世界上存在成千上萬(wàn)種不同構(gòu)造的無(wú)人機(jī)，根據(jù)不同的機(jī)身結(jié)構(gòu)大體上可為固定翼無(wú)人機(jī)和旋翼無(wú)人機(jī)。固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)身外形類似于常見的大型載機(jī)，其動(dòng)力來(lái)自電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的推力。旋翼無(wú)人機(jī)的飛行是依靠電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的升力來(lái)平衡自身的重力，通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)保持自身穩(wěn)定及實(shí)現(xiàn)不同姿態(tài)。旋翼無(wú)人機(jī)獨(dú)特的機(jī)身機(jī)械構(gòu)造使得它的飛行起降對(duì)場(chǎng)地要求低，同完成許多固定翼無(wú)人機(jī)不能完成的復(fù)雜機(jī)身動(dòng)作，例如，定點(diǎn)懸停、垂直起[2-3]。此外旋翼無(wú)人機(jī)與固定翼型無(wú)人機(jī)相比具有有效荷載大、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單行穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。旋翼無(wú)人機(jī)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使得它成為了近年來(lái)各大科研單企業(yè)競(jìng)相研究的對(duì)象。同時(shí)，近年來(lái)隨著無(wú)人機(jī)搭載的各種傳感器精度不斷和微處理器性能的不斷提升為旋翼無(wú)人機(jī)的迅猛發(fā)展提供了很好的硬件支撐圖 1-1 是一種常見的固定翼型無(wú)人機(jī)，圖 1-2 是一種常見的旋翼無(wú)人機(jī)。

圖 1-3 Breguet 兄弟飛行試驗(yàn)圖 1-4 法國(guó) AR.Drone 無(wú)人機(jī) 圖 1-5 大疆 Phantom 無(wú)人機(jī)國(guó)外的科研單位對(duì)無(wú)人機(jī)的研究比較早，研究的也更深入。日本的千葉大學(xué)采用德國(guó)公司 Ascending Technologies 生產(chǎn)的 X-3D-BL 型四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行研究，該無(wú)人機(jī)融合了 GPS 模塊，IMU 單元和 WIFI 模塊具有機(jī)身小荷載大等優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)的斯坦福大學(xué)研究了 STARMAC I 型和 II 型兩套四旋翼系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了上下兩層控制系統(tǒng)，上層系統(tǒng)采用 PC104 計(jì)算機(jī)芯片，下層采用 AVR 單片

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2908428