四旋翼飛行器因結(jié)構(gòu)簡單、可垂直升降、易于維護、隱蔽性好、具有良好的負載能力等特點而得到越來越高的關(guān)注度,其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、軍事偵查、電力巡檢、消防監(jiān)控、快遞運輸、視頻娛樂等諸多領(lǐng)域。隨著四旋翼飛行器在實際中的應(yīng)用越來越廣泛,對其控制的精度和廣度有了越來越高的要求。本文以QBall2四旋翼飛行器為研究對象,對四旋翼飛行器的控制方法及運動目標跟蹤進行相關(guān)研究。主要進行的工作如下:首先,對四旋翼飛行器及其控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行綜述,介紹了四旋翼飛行器的主要組成,并對其飛行原理進行分析,建立其數(shù)學(xué)模型,設(shè)計了雙閉環(huán)控制策略,介紹了QBall2所需的Quanser實驗平臺。其次,對四旋翼飛行器幾種常用控制方法進行介紹,分析所介紹控制方法優(yōu)缺點�？刂破髟O(shè)計采用雙閉環(huán)方式。出于安全考慮,對內(nèi)環(huán)回路提出了有界控制器的設(shè)計方法;針對四旋翼飛行器容易受到外界干擾影響的特點,提出了基于Super-twisting算法的觀測器設(shè)計。仿真結(jié)果驗證了本文選用控制方法的有效性及較好的控制性能。再次,結(jié)合運動目標跟蹤策略,把所設(shè)計的控制算法應(yīng)用到四旋翼飛行器運動目標跟蹤系統(tǒng)。運用傳感器融合技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對其... 

【文章來源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

固定翼無人機

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2動系統(tǒng)，控制難度較高，負載能力一般。其中民用四旋翼無人機制造的佼佼者是大疆，如圖2所示為大疆悟Inspire2和御Mavic2，這兩種小型機搭載云臺，主要用于消費型航拍和專業(yè)航拍。圖1-2旋翼型無人機Fig.1-2RotorwingUAV（3）撲翼無人機是一種模擬鳥類或者昆蟲飛行的無人機，其機翼靈活多變，具有一些混合構(gòu)型或可變構(gòu)型，其具有體積孝重量輕、功能強、攜帶方便的優(yōu)點，但其運動機理復(fù)雜。目前，美國加州理工學(xué)院仿效蝙蝠已經(jīng)研發(fā)了配備變形機翼的BatBot無人機，如圖3左圖所示。圖3右圖是2010年的珠海航展上的一架國內(nèi)公司的產(chǎn)品，ASN21。撲翼型無人機由于撲翼的材料技術(shù)、發(fā)動機技術(shù)、能源技術(shù)的限制，發(fā)展還較少。圖1-3撲翼型無人機Fig.1-3FlappingwingUAV無人機技術(shù)已經(jīng)取得了很大進步，也有很多的里程式成就，但還不能滿足具體任務(wù)的多種多樣的需求。尤其是在自動駕駛技術(shù)、人機接口效果改進、感知和規(guī)避技術(shù)、飛行持續(xù)時間延長技術(shù)等方面，仍需要加大力度發(fā)展，以支持無人機技術(shù)的長足發(fā)展[5]。本文主要研究的是四旋翼飛行器，英文名稱為Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飛行器擁有四個旋翼，其結(jié)構(gòu)對稱、緊湊且簡單，成本比較低廉，可控性較強，控制難度相比多旋翼無人機來說較低。目前，四旋翼飛行器在消費市場上已經(jīng)相當(dāng)常見，其控制算法也已被大量提出，但在實際運用中其系統(tǒng)設(shè)計還涉及一些難題：（1）精確建模困難：四旋翼飛行器在設(shè)計過程中，其結(jié)構(gòu)不是完全符合剛

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2動系統(tǒng)，控制難度較高，負載能力一般。其中民用四旋翼無人機制造的佼佼者是大疆，如圖2所示為大疆悟Inspire2和御Mavic2，這兩種小型機搭載云臺，主要用于消費型航拍和專業(yè)航拍。圖1-2旋翼型無人機Fig.1-2RotorwingUAV（3）撲翼無人機是一種模擬鳥類或者昆蟲飛行的無人機，其機翼靈活多變，具有一些混合構(gòu)型或可變構(gòu)型，其具有體積孝重量輕、功能強、攜帶方便的優(yōu)點，但其運動機理復(fù)雜。目前，美國加州理工學(xué)院仿效蝙蝠已經(jīng)研發(fā)了配備變形機翼的BatBot無人機，如圖3左圖所示。圖3右圖是2010年的珠海航展上的一架國內(nèi)公司的產(chǎn)品，ASN21。撲翼型無人機由于撲翼的材料技術(shù)、發(fā)動機技術(shù)、能源技術(shù)的限制，發(fā)展還較少。圖1-3撲翼型無人機Fig.1-3FlappingwingUAV無人機技術(shù)已經(jīng)取得了很大進步，也有很多的里程式成就，但還不能滿足具體任務(wù)的多種多樣的需求。尤其是在自動駕駛技術(shù)、人機接口效果改進、感知和規(guī)避技術(shù)、飛行持續(xù)時間延長技術(shù)等方面，仍需要加大力度發(fā)展，以支持無人機技術(shù)的長足發(fā)展[5]。本文主要研究的是四旋翼飛行器，英文名稱為Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飛行器擁有四個旋翼，其結(jié)構(gòu)對稱、緊湊且簡單，成本比較低廉，可控性較強，控制難度相比多旋翼無人機來說較低。目前，四旋翼飛行器在消費市場上已經(jīng)相當(dāng)常見，其控制算法也已被大量提出，但在實際運用中其系統(tǒng)設(shè)計還涉及一些難題：（1）精確建模困難：四旋翼飛行器在設(shè)計過程中，其結(jié)構(gòu)不是完全符合剛

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于云臺相機的四旋翼無人機跟蹤控制系統(tǒng)[J]. 車玉涵,劉富,康冰.  吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2019(03)
[2]基于風(fēng)場作用下的四旋翼飛行器建模與控制研究[J]. 鄭航,陳濱,方景龍.  工業(yè)控制計算機. 2019(03)
[3]四旋翼飛行器有界輸出控制[J]. 師五喜,李康利.  天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[4]一種改進的四旋翼飛行器建模方法[J]. 劉士超,呂品,賴際舟,包勝.  導(dǎo)航與控制. 2019(01)
[5]四旋翼無人機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 楊則允,李猛,張全.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(34)
[6]基于四旋翼飛行器的地面目標跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J]. 宋興可,楊思恩,唐釗,千承輝.  單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2018(10)
[7]風(fēng)場環(huán)境下四旋翼飛行器抗干擾研究[J]. 趙元魁,王耀力.  機械科學(xué)與技術(shù). 2019(04)
[8]基于擴張觀測器的輸入受限四旋翼飛行器軌跡跟蹤動態(tài)面輸出反饋控制[J]. 沈智鵬,曹曉明.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2018(12)
[9]基于多體系統(tǒng)傳遞矩陣法的四旋翼飛行器振動建模[J]. 范肖肖,賀嘉璠,戚國慶,李銀伢,盛安冬.  電子設(shè)計工程. 2018(16)
[10]多傳感器信息融合的四旋翼姿態(tài)解算研究[J]. 王焱春,張新英,梁芬.  單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2018(08)

碩士論文
[1]基于分數(shù)階PID的四旋翼飛行器控制[D]. 張騰云.天津工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號：3310549