無(wú)人機(jī)為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了很多便利,但是無(wú)人機(jī)墜毀也對(duì)人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大的損失。為了減少無(wú)人機(jī)的墜毀事故,本文對(duì)六旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)的容錯(cuò)控制方法進(jìn)行了研究。研究的主要內(nèi)容包括:1)基于牛頓第二定律和歐拉動(dòng)力學(xué)方程,建立了六旋翼飛行器完整的動(dòng)力學(xué)模型,并將非線性的動(dòng)力學(xué)模型用一種線性變參數(shù)的方法表示。最后,分析了動(dòng)力系統(tǒng)的故障模式并建立了相應(yīng)的故障模型。2)在線性表示的六旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于滑�？刂品椒ǖ娘w行控制器。該飛行控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器高度和姿態(tài)角的控制,并對(duì)飛行器系統(tǒng)的不確定性、旋翼未建模的動(dòng)態(tài)具有魯棒性。在飛行控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,用極點(diǎn)配置的方法對(duì)滑模面進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)線性表示的飛行器動(dòng)力學(xué)模型和趨近律設(shè)計(jì)了滑�？刂坡�,同時(shí)還對(duì)控制率的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。為了驗(yàn)證飛行控制器的有效性,在Simulink環(huán)境下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。3)在設(shè)計(jì)的飛行控制器的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于控制分配的容錯(cuò)控制算法。該算法可以在飛行器動(dòng)力系統(tǒng)故障的情況下,對(duì)六旋翼系統(tǒng)的控制分配問(wèn)題建立優(yōu)化模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)合理分配。另外,在文中還提出了一種計(jì)算資源節(jié)約... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１美國(guó)軍用無(wú)人機(jī)??

信息或??者售棒的控制算法對(duì)無(wú)人機(jī)的故障部位進(jìn)行補(bǔ)償，以保證無(wú)人機(jī)安全降落或者繼續(xù)穩(wěn)定??飛行。將容錯(cuò)控制技術(shù)應(yīng)用到無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)中可以大大提高無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)??定性，減少無(wú)人機(jī)因?yàn)橄到y(tǒng)故障造成的對(duì)環(huán)境或者人類的二次傷害。從學(xué)術(shù)角度考慮，不??具備容錯(cuò)控制能力的無(wú)人機(jī)控制算法在無(wú)人機(jī)控制框架里是不完整的，所以針對(duì)無(wú)人機(jī)??系統(tǒng)的容錯(cuò)控制研究也是對(duì)飛行器控制框架的補(bǔ)充和完善。因此，針對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)??控制研究對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)生活和飛行器控制算法研究都具有極其重要的意義。??如圖１．２所示，按照無(wú)人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造、外形、驅(qū)動(dòng)方法等的不同，可以將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)??分為固定翼無(wú)人機(jī)和旋翼無(wú)人機(jī)［＿１５１。對(duì)于固定翼無(wú)人機(jī)，機(jī)翼的設(shè)計(jì)根據(jù)了伯努力定律，??通過(guò)機(jī)翼上下不等速的氣流為飛行器提供升力，飛行器的橫滾運(yùn)動(dòng)通過(guò)飛行器的副翼實(shí)??現(xiàn)，無(wú)人機(jī)的俯仰角和偏航角的改變則是通過(guò)對(duì)尾翼的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于固定翼無(wú)人機(jī)驅(qū)??動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)的特硃性，固定翼飛行器不僅可以飛行較遠(yuǎn)的距離，而且可以提供較大的??載重量，這也是民航部門選擇固定翼飛行器載人的原因。在旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中，動(dòng)力系統(tǒng)??（電機(jī)和螺旋槳組合）是最重要的組成部分。在旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中，旋翼的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生氣流，??氣流與空氣相對(duì)作用產(chǎn)生的向上的力作用在旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)體上，推動(dòng)旋翼飛行器向上飛??行，通過(guò)飛行器不同旋翼轉(zhuǎn)速的配合改變飛行器的位姿。相比較來(lái)說(shuō)，旋翼無(wú)人機(jī)比固定??翼無(wú)人機(jī)具有更多優(yōu)勢(shì)，如體積孝方便垂直起降、成本低、控制方便等。因此，旋翼無(wú)??人機(jī)在人類生產(chǎn)生活的各個(gè)方面都得到了大量的應(yīng)用。??⑷固定翼無(wú)人機(jī)?（ｂ）旋翼無(wú)人機(jī)??圖１．２不同種類的無(wú)人機(jī)??３??

浙江大學(xué)碩士學(xué)位淪文?２．六旋翼飛行器系統(tǒng)模型??〇?〇??ｏｒ?Ｓ〇?ｏｒ?Ｓ？??６?ｏ??■正轉(zhuǎn)■反轉(zhuǎn)?■正轉(zhuǎn)■反轉(zhuǎn)??（ａ）?ＰＮＰＮＰＮ型配置?（ｂ）?ＰＰＮＮＰＮ型配置??圖２．１兩種“米”型結(jié)構(gòu)的六旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)配置圖??提供輸入動(dòng)力，但是在他們機(jī)械結(jié)構(gòu)上的容錯(cuò)能力是不同的。在一個(gè)電機(jī)徹底失效的情況??下，雖然ＰＮＰＮＰＮ型配置的飛行器系統(tǒng)有冗余的旋翼，但是該結(jié)構(gòu)的飛行器仍然是不可??控的。然而，ＰＰＮＮＰＮ型配置的六旋翼飛行器在一個(gè)旋翼甚至兩個(gè)旋翼因?yàn)楣收贤耆??的情況下，飛行器系統(tǒng)依然是可控的［３９］。本文的容錯(cuò)控制算法是利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的冗余性，??將控制器產(chǎn)生的控制作用分配給沒(méi)有故障的旋翼以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的容錯(cuò)控制，保證飛??行器的穩(wěn)定飛行，因此在本文中，選用如圖２．１ｂ所示的ＰＰＮＮＰＮ型配置的六旋翼飛行器。??在介紹六旋翼飛行器的狀態(tài)量之前，需要對(duì)飛行器系統(tǒng)中常用的坐標(biāo)系進(jìn)行介紹。六??旋翼飛行器的位置是在地面坐標(biāo)系下定義的，而飛行器的姿態(tài)是由機(jī)體坐標(biāo)和地面坐標(biāo)??系的旋轉(zhuǎn)關(guān)系決定的，因此本文對(duì)地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系進(jìn)行介紹。他們的定義如下所??示：??１．地面坐標(biāo)系ＯｅＸｅＦｅＺｅ??地面坐標(biāo)系選用北－東－地（Ｎｏｒｔｈ－Ｅａｓｔ－Ｄｏｗｎ，?ＮＥＤ）坐標(biāo)系。地面坐標(biāo)系的軸、??軸和軸滿足右手定則，并且分別指向地理的北方向，東方向和垂直于地??面向下。地面坐標(biāo)系的原點(diǎn)為六旋翼飛行器起飛時(shí)飛行器的質(zhì)心。在地面坐標(biāo)系下??可以很方便地對(duì)六旋翼飛行器的空間位置進(jìn)行表示［＃４１１。??２．機(jī)體坐標(biāo)系??機(jī)體坐標(biāo)系是為了方便表示和描述六旋翼飛行器在飛行過(guò)程中的飛行姿態(tài)而建立??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種傾轉(zhuǎn)四旋翼無(wú)人機(jī)及其過(guò)渡段姿態(tài)控制[J]. 沈楊楊,楊忠,張翔,李勁松.  兵工自動(dòng)化. 2018(03)
[2]基于無(wú)人機(jī)分類和安全性的空域融合研究[J]. 田宏安,劉函林.  科技與創(chuàng)新. 2017(14)
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博士論文
[1]多旋翼無(wú)人飛行器高機(jī)動(dòng)飛行控制研究[D]. 付春陽(yáng).吉林大學(xué) 2018
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碩士論文
[1]基于混雜控制系統(tǒng)的八旋翼飛行器設(shè)計(jì)[D]. 范繼偉.東北電力大學(xué) 2018
[2]四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 高京都.大連理工大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3279320