近十幾年來，無人飛行器在軍事與民用上發(fā)揮了重要作用，展現(xiàn)出廣泛的應用前景，相關研究工作正日益被科研人員所重視。特別是近些年來受到廣泛關注的四旋翼無人飛行器，由于結構簡單以及飛行方式靈活成為了無人機領域的一個研究熱點。然而，四旋翼飛行器在結構上只有四個驅動單元，其機動能力受到一定的制約。由于其升力與重量的比值小，因此帶載能力低，飛行時間短。同時四旋翼無人機沒有配置足夠的驅動機構冗余，可靠性不高。因此，在本文中提出了一種新型共軸八旋翼無人飛行器，共軸設計保證了該飛行器與四旋翼飛行器具有相同緊湊結構，且增加了四個執(zhí)行單元，從而使得飛行器的驅動能力與帶載能力明顯增強，八旋翼系統(tǒng)的魯棒性也有所提升，另外，共軸設計方案提供了一定的執(zhí)行機構故障冗余能力，提高了飛行系統(tǒng)的可靠性。本文以共軸八旋翼無人飛行器為研究對象，進行了八旋翼飛行器的姿態(tài)與航跡跟蹤控制，以及地面控制站軟件系統(tǒng)設計的相關工作，為達到自主飛行的最終目標奠定了良好的基礎與保障。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：對共軸八旋翼無人飛行器的動力學特性進行了研究。分析飛行器的動力學特性并建立動力學模型是進行飛行器姿態(tài)與航跡跟蹤控制的基礎。首先分析八旋翼飛... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
前言
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題的背景以及研究意義
        1.1.1 問題提出的背景
        1.1.2 課題研究的意義
    1.2 多旋翼無人機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 多旋翼無人機的發(fā)展過程
        1.2.2 多旋翼無人機的國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 共軸八旋翼無人機控制系統(tǒng)相關理論
        1.3.1 飛行器姿態(tài)穩(wěn)定與軌跡跟蹤控制
        1.3.2 執(zhí)行器飽和控制
        1.3.3 無人機地面控制站
    1.4 存在的主要問題
    1.5 本文的主要內(nèi)容與結構安排
        1.5.1 研究目標及主要任務
        1.5.2 科研項目資助情況
        1.5.3 論文主要研究問題
        1.5.4 論文章節(jié)安排
第2章 共軸八旋翼無人機的動力學模型與自主控制系統(tǒng)結構概述
    2.1 引言
    2.2 共軸八旋翼無人機的結構與飛行原理
    2.3 坐標及坐標轉換關系
        2.3.1 參考坐標系定義
        2.3.2 各個坐標系間的轉化關系
    2.4 共軸八旋翼無人機運動模型的建立
        2.4.1 建立共軸八旋翼無人機的動力學方程
        2.4.2 建立八旋翼無人機的運動學方程
        2.4.3 建立控制關系方程
        2.4.4 共軸八旋翼無人機的運動方程組
    2.5 共軸八旋翼無人機系統(tǒng)自主控制體系結構
    2.6 本章小結
第3章 共軸八旋翼無人機的姿態(tài)穩(wěn)定控制
    3.1 引言
    3.2 反步滑模控制器的基本設計過程
    3.3 基于自適應徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的八旋翼無人機反步滑模姿態(tài)穩(wěn)定控制
        3.3.1 共軸八旋翼無人機的姿態(tài)穩(wěn)定控制模型
        3.3.2 基于自適應徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的反步滑模姿態(tài)穩(wěn)定控制算法設計
        3.3.3 基于自適應徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的反步滑模姿態(tài)穩(wěn)定控制的仿真實驗
    3.4 本章小結
第4章 共軸八旋翼無人機的航跡跟蹤控制
    4.1 引言
    4.2 共軸八旋翼無人機的粒子群優(yōu)化自抗擾航跡跟蹤控制
        4.2.1 基于自抗擾控制器的航跡跟蹤控制
        4.2.2 基于粒子群算法的自抗擾控制器優(yōu)化設計
        4.2.3 基于粒子群算法的自抗擾航跡跟蹤控制仿真實驗
    4.3 共軸八旋翼無人機的線性自抗擾航跡跟蹤控制
        4.3.1 基于線性自抗擾控制器的航跡跟蹤控制
        4.3.2 基于線性自抗擾的共軸八旋翼無人機穩(wěn)定性分析
        4.3.3 基于線性自抗擾的航跡跟蹤控制仿真實驗
    4.4 本章小結
第5章 共軸八旋翼無人機的偏航抗飽和控制
    5.1 引言
    5.2 共軸八旋翼無人機偏航靜態(tài)抗飽和控制
        5.2.1 基于 LMI 的靜態(tài)抗飽和補償器
        5.2.2 基于 LADRC 的共軸八旋翼無人機偏航靜態(tài)抗飽和設計
        5.2.3 基于 LADRC 的共軸八旋翼無人機偏航靜態(tài)抗飽和仿真實驗
    5.3 共軸八旋翼無人機偏航抗積分飽和控制
        5.3.1 基于 PD-VSVCPI 的偏航抗積分飽和控制器設計
        5.3.2 基于 PD-VSVCPI 的共軸八旋翼無人機偏航系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        5.3.3 共軸八旋翼無人機偏航抗積分飽和仿真實驗
    5.4 共軸八旋翼無人機偏航抗積分飽和控制的原型機實現(xiàn)
        5.4.1 共軸八旋翼原型機電機轉速的計算
        5.4.2 共軸八旋翼原型機實驗裝置
        5.4.3 共軸八旋翼無人機偏航抗積分飽和控制的原型機飛行實驗
    5.5 本章小結
第6章 共軸八旋翼無人機地面控制站軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
    6.1 引言
    6.2 地面控制站軟件系統(tǒng)總體設計
        6.2.1 地面控制站軟件系統(tǒng)需求分析
        6.2.2 地面控制站軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
        6.2.3 地面控制站軟件系統(tǒng)的總體結構
        6.2.4 地面控制站軟件系統(tǒng)的用戶界面
    6.3 地面控制站軟件系統(tǒng)關鍵技術的實現(xiàn)
        6.3.1 串口通信的實現(xiàn)
        6.3.2 導航電子地圖
        6.3.3 飛行任務管理
        6.3.4 數(shù)據(jù)庫技術
    6.4 地面控制站軟件系統(tǒng)測試
    6.5 本章小結
第7章 總結與展望
    7.1 本文總結與主要創(chuàng)新
    7.2 進一步工作與研究展望
參考文獻
作者簡介及研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3159990