發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 19:46

　　具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高機(jī)動(dòng)性和起降靈活等優(yōu)點(diǎn),四旋翼無人機(jī)在軍用和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而本質(zhì)非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合、對(duì)內(nèi)外擾動(dòng)敏感等特性,四旋翼無人機(jī)的底層飛行控制器設(shè)計(jì)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。此外,隨著應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬,為了提高無人機(jī)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(duì)上述問題,本文主要研究了四旋翼無人機(jī)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(jī)以及低空風(fēng)場(chǎng)的模型,并完成了Bebop Drone模型參數(shù)化。無人機(jī)數(shù)學(xué)模型能精確地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和基本運(yùn)動(dòng)情況;低空風(fēng)場(chǎng)模型能真實(shí)反映室外飛行環(huán)境。其次,在風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的作用下,基于Bebop Drone無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了兩種底層飛行控制器,即改進(jìn)的級(jí)聯(lián)式PID控制器和新穎的壓制法非線性控制器。在MATLAB平臺(tái)下進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明設(shè)計(jì)的兩種控制器都能很好地鎮(zhèn)定無人機(jī)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(tái),設(shè)計(jì)了一種形式簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的位置控制器,并設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)辨識(shí)和軌跡跟蹤飛行實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)辨識(shí)的模型與實(shí)際系統(tǒng)擬合度高,且模... 

【文章來源】：東南大學(xué)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(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第二章 四旋翼無人機(jī)與風(fēng)場(chǎng)建模手定則確定BY 軸。E 系常用來確定無人機(jī)在空間中的位置和軌跡控制；B 系常用來無人機(jī)的力、力矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。分析旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jī)的對(duì)稱面繞機(jī)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(jī)沿BY 軸方向旋轉(zhuǎn)，機(jī)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(jī)沿BZ 軸方向旋轉(zhuǎn)，機(jī)體軸在地平面的投影與地軸之間的稱為偏航角，記作 rad ，機(jī)頭向右偏航為正。

第二章 四旋翼無人機(jī)與風(fēng)場(chǎng)建模手定則確定BY 軸。E 系常用來確定無人機(jī)在空間中的位置和軌跡控制；B 系常用來無人機(jī)的力、力矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。分析旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jī)的對(duì)稱面繞機(jī)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(jī)沿BY 軸方向旋轉(zhuǎn)，機(jī)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(jī)沿BZ 軸方向旋轉(zhuǎn)，機(jī)體軸在地平面的投影與地軸之間的稱為偏航角，記作 rad ，機(jī)頭向右偏航為正。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于二維自由空間的無人機(jī)實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃[J]. 夏春華.  科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì). 2011(29)
[2]分段連續(xù)三次Bezier曲線控制點(diǎn)的構(gòu)造算法[J]. 王家潤(rùn),趙南松,華文元,王玉玫.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2010(22)
[3]基于B樣條曲線的無人機(jī)航路規(guī)劃算法[J]. 馬云紅,周德云.  飛行力學(xué). 2004(02)
[4]一種改進(jìn)的紊流風(fēng)模型及其仿真算法[J]. 屈香菊,李勇.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2004(01)
[5]三次均勻B樣條曲線的擴(kuò)展[J]. 韓旭里,劉圣軍.  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2003(05)

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



本文編號(hào)：2965191