發(fā)布時間：2021-05-16 21:23

　　隨著科技發(fā)展,四旋翼無人機憑借體積小、成本低和輕便靈活等特點,無論在軍用還是民用領域都發(fā)揮重要作用。其中四旋翼無人機飛行控制穩(wěn)定性是一個核心的問題,具有很重要的研究意義。論文分析了四旋翼無人機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和飛行控制算法研究現(xiàn)狀,建立了Qball-X4四旋翼無人機的數(shù)學模型,分別運用LQR控制、H_∞控制、H₂控制設計了控制器進行了仿真分析。針對Qball-X4四旋翼無人機不確定性系統(tǒng)設計了魯棒H_∞控制器和魯棒H₂控制器,通過仿真進行了分析和驗證。主要研究內(nèi)容包括:首先通過分析四旋翼無人機的機體結(jié)構(gòu)、飛行工作原理以及坐標系的轉(zhuǎn)換,利用牛頓-歐拉方程建立了Qball-X4四旋翼無人機的非線性數(shù)學模型。其次對非線性數(shù)學模型進行了線性化處理,設計了LQR控制器、狀態(tài)反饋H_∞控制器和狀態(tài)反饋H₂控制器,使用Matlab/Simulink平臺搭建仿真模型,分別在無干擾、有界干擾及白噪聲干擾三種情況下進行仿真分析。最后針對Qball-X4四旋翼無人機不確定性系統(tǒng)設計了... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1.緒論
    1.1 論文來源
    1.2 研究背景及意義
    1.3 四旋翼無人機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 四旋翼無人機飛行控制算法研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內(nèi)容及安排
2.Qball-X4 四旋翼無人機數(shù)學模型的建立
    2.1 四旋翼無人機機體結(jié)構(gòu)與工作原理
        2.1.1 四旋翼無人機機體結(jié)構(gòu)
        2.1.2 四旋翼無人機工作原理
    2.2 坐標系及坐標轉(zhuǎn)換
    2.3 Qball-X4 四旋翼無人機非線性數(shù)學模型
    2.4 本章小結(jié)
3.Qball-X4 四旋翼無人機LQR控制器設計及仿真
    3.1 線性二次型最優(yōu)控制原理
    3.2 四旋翼無人機LQR控制器的設計
        3.2.1 四旋翼無人機模型的簡化
        3.2.2 四旋翼無人機模型的線性化處理
        3.2.3 四旋翼無人機線性化模型的能控性判定
        3.2.4 四旋翼無人機LQR控制器
    3.3 仿真分析
        3.3.1 高度和姿態(tài)角仿真實驗
        3.3.2 有界干擾的魯棒性仿真實驗
        3.3.3 白噪聲干擾的魯棒性仿真實驗
    3.4 本章小結(jié)
4.Qball-X4 四旋翼無人機H_∞控制器的設計及仿真
    4.1 線性矩陣不等式(LMI)
    4.2 H_∞控制理論基礎
        4.2.1 H_∞魯棒控制
        4.2.2 標準H_∞控制問題
        4.2.3 連續(xù)時間系統(tǒng)的H_∞性能指標
        4.2.4 狀態(tài)反饋H_∞控制問題
    4.3 四旋翼無人機狀態(tài)反饋H_∞控制器
    4.4 仿真分析
        4.4.1 高度和姿態(tài)角仿真實驗
        4.4.2 有界干擾的魯棒性仿真實驗
        4.4.3 白噪聲干擾的魯棒性仿真實驗
    4.5 本章小結(jié)
5.Qball-X4 四旋翼無人機H_2 控制器的設計及仿真
    5.1 H_2 控制理論基礎
        5.1.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的H_2 性能指標
        5.1.2 狀態(tài)反饋H_2 控制問題
    5.2 四旋翼無人機狀態(tài)反饋H_2 控制器
    5.3 仿真分析
        5.3.1 高度和姿態(tài)角仿真實驗
        5.3.2 有界干擾的魯棒性仿真實驗
        5.3.3 白噪聲干擾的魯棒性仿真實驗
    5.4 本章小結(jié)
6.Qball-X4 四旋翼無人機不確定性系統(tǒng)魯棒控制
    6.1 不確定性系統(tǒng)分析
        6.1.1 不確定性系統(tǒng)模型
        6.1.2 四旋翼無人機不確定性系統(tǒng)
    6.2 四旋翼無人機不確定性系統(tǒng)的魯棒H_∞控制器
    6.3 四旋翼無人機不確定性系統(tǒng)的魯棒H_2 控制器
    6.4 仿真分析
        6.4.1 高度和姿態(tài)角仿真實驗
        6.4.2 有界干擾的魯棒性仿真實驗
        6.4.3 白噪聲干擾的魯棒性仿真實驗
    6.5 本章小結(jié)
7.結(jié)論與展望
    7.1 論文內(nèi)容總結(jié)
    7.2 論文后續(xù)工作和展望
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]多旋翼無人機在應急救援行動中的運用[J]. 張玉興,李煒.  技術與市場. 2019(10)
[2]四旋翼無人機飛控算法綜述[J]. 周子棟,陳至坤,趙志佳.  網(wǎng)絡安全技術與應用. 2019(09)
[3]四旋翼無人機飛行控制算法綜述[J]. 王成,楊杰,姚輝,席建祥.  電光與控制. 2018(12)
[4]四旋翼無人機飛行控制算法綜述[J]. 徐校竹,李博威,鄒沛萱.  電子測試. 2018(16)
[5]無人機關鍵技術研究現(xiàn)狀分析[J]. 杜延民.  技術與市場. 2018(03)
[6]基于UTM-30LX的旋翼無人機定位檢測系統(tǒng)設計[J]. 陳顯龍,王小康,劉盼盼.  地理信息世界. 2016(03)
[7]Stability of nonlinearly-perturbed systems with time varying delay using LMIs[J]. S.Jeeva Sathya Theesar,P.Balasubramaniam.  Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(06)
[8]四旋翼無人直升機飛行控制技術綜述[J]. 甄紅濤,齊曉慧,夏明旗,趙紅瑞.  飛行力學. 2012(04)
[9]四旋翼飛行器建模及位置跟蹤控制(英文)[J]. 王紅雨,趙健康,郁文賢,田蔚風.  中國慣性技術學報. 2012(04)
[10]四旋翼飛行器的動力學建模及PID控制[J]. 李俊,李運堂.  遼寧工程技術大學學報(自然科學版). 2012(01)

碩士論文
[1]四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法研究[D]. 劉蘇漫.長春理工大學 2018
[2]四旋翼無人機控制器的設計及其穩(wěn)定性研究[D]. 程素平.江西理工大學 2018
[3]小型四旋翼無人機飛行控制算法研究[D]. 余杭.武漢科技大學 2018
[4]四旋翼飛行器飛行控制算法與仿真研究[D]. 何海軍.太原科技大學 2018
[5]四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法研究[D]. 曹開發(fā).長春工業(yè)大學 2017
[6]四旋翼無人機魯棒抗擾控制技術研究[D]. 楊翼.南京航空航天大學 2017
[7]基于H2/H∞控制的雙饋風電系統(tǒng)研究[D]. 郭嘉.齊齊哈爾大學 2016
[8]四旋翼無人機建模與控制問題研究[D]. 劉昌龍.湖北工業(yè)大學 2016
[9]四旋翼無人機姿態(tài)控制的研究[D]. 薛偉霖.沈陽工業(yè)大學 2016
[10]四旋翼無人飛行器魯棒控制器設計[D]. 賀翔.天津工業(yè)大學 2016



本文編號：3190419