發(fā)布時間：2020-12-30 03:43

　　四旋翼無人機(jī)因可垂直起降、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便等特點(diǎn)獲得了迅速發(fā)展,在農(nóng)業(yè)植保、警用巡查、影視航拍等領(lǐng)域受到了越來越多的應(yīng)用,應(yīng)用價值巨大。本文在介紹四旋翼的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)后,詳細(xì)研究了四旋翼的數(shù)學(xué)建模問題,PID控制器、反步法控制器、自抗擾控制器（ADRC）的設(shè)計,然后搭建四旋翼飛行平臺,驗(yàn)證PID控制器的有效性。主要研究方法、研究內(nèi)容和研究成果包括有:一、對四旋翼模型進(jìn)行建模,分析四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和飛行原理,得到四旋翼飛行器的動力學(xué)模型,并將其表達(dá)式變換為仿射非線性模式。二、針對四旋翼的動力學(xué)模型,設(shè)計PID控制器,并在SIMULINK中搭建仿真模型,進(jìn)行定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)、姿態(tài)角實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證此控制器的有效性。三、針對四旋翼的欠驅(qū)動特性,結(jié)合四旋翼的動力學(xué)模型方程和反步法（Backstepping）控制器理論,設(shè)計四旋翼反步法控制器,并進(jìn)行姿態(tài)角實(shí)驗(yàn)、定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證了此控制算法的有效性。四、首先介紹自抗擾控制方法的基礎(chǔ)理論,再結(jié)合四旋翼的動力學(xué)方程,設(shè)計四旋翼自抗擾控制器。通過姿態(tài)角控制實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)該控制器能夠有效實(shí)現(xiàn)四旋翼的姿態(tài)角增穩(wěn)控制,然后在該控制器的俯仰通道和橫滾通道... 

【文章來源】：華東交通大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 飛行器設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)
    1.4 本文研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第二章 四旋翼的建模與PID控制器仿真
    2.1 引言
    2.2 四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和飛行原理
        2.2.1 四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)
        2.2.2 四旋翼飛行器的飛行原理
    2.3 建立四旋翼飛行器模型
    2.4 姿態(tài)解算理論
    2.5 PID控制器設(shè)計及仿真
        2.5.1 PID控制器的仿真實(shí)驗(yàn)
        2.5.2 姿態(tài)角實(shí)驗(yàn)
        2.5.3 定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)
        2.5.4 魯棒性實(shí)驗(yàn)
        2.5.5 軌跡追蹤實(shí)驗(yàn)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 反步法控制器的設(shè)計與仿真
    3.1 引言
    3.2 嚴(yán)格反饋系統(tǒng)
    3.3 反步法理論
        3.3.1 李雅普諾夫穩(wěn)定性
        3.3.2 反步法（Backstepping）算法及穩(wěn)定性
    3.4 反步法（Backstepping）控制器設(shè)計
        3.4.1 飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計
        3.4.2 反步法（Backstepping）控制器設(shè)計
    3.5 反步法控制器仿真實(shí)驗(yàn)
        3.5.1 姿態(tài)角控制實(shí)驗(yàn)
        3.5.2 定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)
        3.5.3 魯棒性實(shí)驗(yàn)
    3.6 小結(jié)
第四章 四旋翼自抗擾控制器設(shè)計與仿真
    4.1 引言
    4.2 自抗擾控制器基本原理
        4.2.1 跟蹤微分器（TD）
        4.2.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）
        4.2.3 非線性誤差反饋率（NLSEF）
    4.3 四旋翼PID-ADRC飛行器設(shè)計
        4.3.1 四旋翼內(nèi)環(huán)ADRC控制器設(shè)計
        4.3.2 四旋翼外環(huán)PID控制器設(shè)計
    4.4 四旋翼PID-ADRC控制器仿真實(shí)驗(yàn)
        4.4.1 姿態(tài)角控制實(shí)驗(yàn)
        4.4.2 定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)
        4.4.3 軌跡追蹤實(shí)驗(yàn)
        4.4.4 魯棒性實(shí)驗(yàn)
    4.5 小結(jié)
第五章 四旋翼飛行器硬件電路設(shè)計
    5.1 引言
    5.2 四旋翼飛行器硬件電路總體方案
        5.2.1 微處理器和最小系統(tǒng)
        5.2.2 飛行控制系統(tǒng)硬件電路
    5.3 系統(tǒng)算法與軟件設(shè)計
    5.4 上位機(jī)軟件
        5.4.1 上位機(jī)串口通訊
        5.4.2 姿態(tài)角和高度曲線查看功能
        5.4.3 飛行器3D姿態(tài)
        5.4.4 PID參數(shù)讀取、調(diào)整
    5.5 四旋翼調(diào)試實(shí)驗(yàn)
    5.6 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
個人簡歷在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于串級ADRC的四旋翼飛行器懸�？刂芠J]. 葉孝璐,俞立,張文安,張丹.  中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(08)
[2]基于串級PID四旋翼飛行器控制系統(tǒng)研究[J]. 薛佳樂,程珩.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(05)
[3]基于ADRC的四旋翼無人機(jī)姿態(tài)控制研究[J]. 鐘海鑫,陸倩,丘森輝,羅曉曙.  江西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(01)
[4]基于STM32和OV2640的自主循跡四旋翼飛行器設(shè)計[J]. 溫全,成天樂,蘇澤亞.  微型機(jī)與應(yīng)用. 2016(22)
[5]四旋翼無人飛行器ADRC-GPC控制[J]. 陳增強(qiáng),李毅,孫明瑋,張青,孫青林.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2016(09)
[6]基于STM32的四旋翼飛行器姿態(tài)解算的研究[J]. 李文鵬,唐海洋.  單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2016(06)
[7]基于反步法的四旋翼飛行器軌跡跟蹤研究[J]. 滕雄,吳懷宇,陳洋,余輝.  計算機(jī)仿真. 2016(05)
[8]基于PD-ADRC的四旋翼控制器設(shè)計[J]. 張岱峰,羅彪,梅亮.  測控技術(shù). 2015(12)
[9]模糊自整定PID在四旋翼飛行器姿態(tài)控制中的應(yīng)用[J]. 梁雪慧,閆粉粉,邵曉龍.  工業(yè)儀表與自動化裝置. 2015(06)
[10]四旋翼飛行器的自抗擾飛行控制方法[J]. 劉一莎,楊晟萱,王偉.  控制理論與應(yīng)用. 2015(10)

碩士論文
[1]四旋翼無人機(jī)建模與控制問題研究[D]. 劉昌龍.湖北工業(yè)大學(xué) 2016
[2]四旋翼飛行器建模與控制方法研究[D]. 羅春光.天津工業(yè)大學(xué) 2016
[3]基于反步法的四旋翼飛行器控制方法研究[D]. 陳增輝.天津工業(yè)大學(xué) 2016
[4]基于PID算法的四旋翼姿態(tài)控制系統(tǒng)與研究[D]. 王雪冰.西安科技大學(xué) 2015
[5]四旋翼飛行器控制與實(shí)現(xiàn)[D]. 米培良.大連理工大學(xué) 2015
[6]基于反步法的四旋翼飛行器非線性控制[D]. 田聰玲.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[7]四旋翼飛行器自抗擾控制方法研究[D]. 楊晟萱.大連理工大學(xué) 2014
[8]微型四旋翼飛行器的建模與控制系統(tǒng)研究[D]. 楊帆.太原理工大學(xué) 2014
[9]基于ADRC的四旋翼飛行控制器設(shè)計[D]. 張婷.東北大學(xué) 2013
[10]四旋翼飛行器飛行控制算法的研究[D]. 凌金福.南昌大學(xué) 2013



本文編號：2946918