具有結構簡單、高機動性和起降靈活等優(yōu)點,四旋翼無人機在軍用和民用領域得到了廣泛的應用。而本質(zhì)非線性、欠驅(qū)動、強耦合、對內(nèi)外擾動敏感等特性,四旋翼無人機的底層飛行控制器設計是個巨大的挑戰(zhàn)。此外,隨著應用領域的拓寬,為了提高無人機飛行的穩(wěn)定性、自主性,三維空間內(nèi)的軌跡跟蹤以及光滑軌跡生成也是亟需解決的問題。針對上述問題,本文主要研究了四旋翼無人機的飛行控制和軌跡生成算法。首先,采用理論建模的方法,建立四旋翼無人機以及低空風場的模型,并完成了Bebop Drone模型參數(shù)化。無人機數(shù)學模型能精確地描述系統(tǒng)的動態(tài)特性和基本運動情況;低空風場模型能真實反映室外飛行環(huán)境。其次,在風場擾動的作用下,基于Bebop Drone無人機的數(shù)學模型,設計了兩種底層飛行控制器,即改進的級聯(lián)式PID控制器和新穎的壓制法非線性控制器。在MATLAB平臺下進行了數(shù)值仿真實驗,結果表明設計的兩種控制器都能很好地鎮(zhèn)定無人機系統(tǒng),且控制器的性能和精度均有所提高。接著,基于開源的Bebop Drone平臺,設計了一種形式簡單、易于實現(xiàn)的位置控制器,并設計完成系統(tǒng)辨識和軌跡跟蹤飛行實驗。系統(tǒng)辨識的模型與實際系統(tǒng)擬合度高,且模... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

四旋翼無人機系統(tǒng)結構

第二章 四旋翼無人機與風場建模手定則確定BY 軸。E 系常用來確定無人機在空間中的位置和軌跡控制；B 系常用來無人機的力、力矩和旋轉(zhuǎn)運動。分析旋轉(zhuǎn)運動時，可以通過歐拉角、旋轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)[19]等方法來表示姿態(tài)，本用歐拉角表示，見圖 2-4。歐拉角（姿態(tài)角），分別是橫滾角、俯仰角和偏航角。無沿BX 軸方向旋轉(zhuǎn)，無人機的對稱面繞機體軸轉(zhuǎn)過的角度稱為橫滾角，記作 rad右滾轉(zhuǎn)為正。無人機沿BY 軸方向旋轉(zhuǎn)，機體軸與地平面之間的夾角稱為俯仰角，記 [ rad]，抬頭為正。無人機沿BZ 軸方向旋轉(zhuǎn)，機體軸在地平面的投影與地軸之間的稱為偏航角，記作 rad ，機頭向右偏航為正。

第二章 四旋翼無人機與風場建模手定則確定BY 軸。E 系常用來確定無人機在空間中的位置和軌跡控制；B 系常用來無人機的力、力矩和旋轉(zhuǎn)運動。分析旋轉(zhuǎn)運動時，可以通過歐拉角、旋轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)[19]等方法來表示姿態(tài)，本用歐拉角表示，見圖 2-4。歐拉角（姿態(tài)角），分別是橫滾角、俯仰角和偏航角。無沿BX 軸方向旋轉(zhuǎn)，無人機的對稱面繞機體軸轉(zhuǎn)過的角度稱為橫滾角，記作 rad右滾轉(zhuǎn)為正。無人機沿BY 軸方向旋轉(zhuǎn)，機體軸與地平面之間的夾角稱為俯仰角，記 [ rad]，抬頭為正。無人機沿BZ 軸方向旋轉(zhuǎn)，機體軸在地平面的投影與地軸之間的稱為偏航角，記作 rad ，機頭向右偏航為正。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于二維自由空間的無人機實時航跡規(guī)劃[J]. 夏春華.  科技情報開發(fā)與經(jīng)濟. 2011(29)
[2]分段連續(xù)三次Bezier曲線控制點的構造算法[J]. 王家潤,趙南松,華文元,王玉玫.  計算機工程與應用. 2010(22)
[3]基于B樣條曲線的無人機航路規(guī)劃算法[J]. 馬云紅,周德云.  飛行力學. 2004(02)
[4]一種改進的紊流風模型及其仿真算法[J]. 屈香菊,李勇.  系統(tǒng)仿真學報. 2004(01)
[5]三次均勻B樣條曲線的擴展[J]. 韓旭里,劉圣軍.  計算機輔助設計與圖形學學報. 2003(05)

博士論文
[1]四旋翼飛行機器人高性能軌跡生成與抗擾追蹤控制技術研究[D]. 董偉.上海交通大學 2015



本文編號：2965191