基于數(shù)據驅動的四旋翼無人機故障診斷與容錯控制
發(fā)布時間：2021-08-02 20:51
隨著研究者們針對四旋翼無人機在控制性能與容錯能力方面的研究不斷深入,使得其應用技術水平也得到了提升,功能愈加多樣化,操控性也越來越好。在此背景下,四旋翼無人機在軍事、農業(yè)以及影視拍攝等領域的應用也更加廣泛。由于四旋翼無人機是一種欠驅動、強耦合、非線性的系統(tǒng),因此對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性就提出了更高的要求。且由于四旋翼無人機有機體結構復雜,材料輕質的特點,因為零部件負擔過重導致的故障情形也引起了眾多學者的關注。四旋翼無人機的執(zhí)行器擔當?shù)墓ぷ魅蝿沼葹榉敝?由于高強度的使用,因此也更容易發(fā)生故障。當執(zhí)行器發(fā)生故障后若無法進行有效的容錯控制,將會造成飛行任務無法完成、機體受損甚至是對生命財產損失的嚴重后果。因此本文針對執(zhí)行器發(fā)生部分失效故障的問題設計容錯控制器,以期使四旋翼無人機在發(fā)生執(zhí)行器故障后仍能保持正常飛行或性能損失在可接受范圍內�；谝陨蠁栴}本課題做了如下研究:首先,介紹了四旋翼無人機的飛行原理以及各個飛行動作下的執(zhí)行器運行機制;建立了四旋翼無人機的機體坐標系與地面坐標系,以及兩個坐標系之間的轉換方式。根據了四旋翼無人機的與動力學原理,建立了系統(tǒng)角運動的非線性模型以及線運動非線性模型,在此基...
【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
BZK005C軍用無人機隨著材料、電子以及計算機技術等領域的發(fā)展，旋翼無人機的技術水平也迅速提高
基于數(shù)據驅動的四旋翼無人機故障診斷與容錯控制2所示為植保無人機，圖1.3為攝影無人機。圖1.2植保無人機圖1.3攝影無人機圖由于四旋翼無人機的廣泛應用，越來越多的專家學者投入到四旋翼無人機的研究中來，這促使四旋翼無人機的研究水平有了更大進步。四旋翼無人機依靠四個十字形分布的旋翼來提供升力，通過控制旋翼的轉速來完成升降、翻滾、俯仰等動作。由于兩組旋翼的轉動方向相反、因此可以產生反扭力矩來避免機身旋轉。四旋翼無人機是一個強耦合、欠驅動的系統(tǒng)又因其執(zhí)行機構眾多，因此穩(wěn)定性就成為了學者們的研究重點[5-7]。隨著四旋翼無人機研究技術的發(fā)展，其執(zhí)行結構也愈加復雜，在頻繁地執(zhí)行任務的過程中，難免會有各種各樣的執(zhí)行器故障發(fā)生，這會嚴重影響四旋翼無人機的飛行性能，造成財產損失甚至人員傷亡。由于上述原因，對四旋翼無人機的故障診斷與容錯控制的研究就顯得尤為必要。進十年來針對四旋翼無人機執(zhí)行器的故障診斷研究持續(xù)發(fā)展，四旋翼無人機的大部分故障原因在于長期高強度運轉造成結構上的損傷從而損失升力。如果四旋翼無人機設計容錯控制系統(tǒng)，可以使得四旋翼無人機在故障發(fā)生后，通過容錯控制對故障的處理，仍能夠維持性能的損失在可接受的范圍內，從而避免造成更大的生命財產損失。通過對四旋翼無人機不同類型故障如執(zhí)行器故障，傳感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼無
基于數(shù)據驅動的四旋翼無人機故障診斷與容錯控制2所示為植保無人機，圖1.3為攝影無人機。圖1.2植保無人機圖1.3攝影無人機圖由于四旋翼無人機的廣泛應用，越來越多的專家學者投入到四旋翼無人機的研究中來，這促使四旋翼無人機的研究水平有了更大進步。四旋翼無人機依靠四個十字形分布的旋翼來提供升力，通過控制旋翼的轉速來完成升降、翻滾、俯仰等動作。由于兩組旋翼的轉動方向相反、因此可以產生反扭力矩來避免機身旋轉。四旋翼無人機是一個強耦合、欠驅動的系統(tǒng)又因其執(zhí)行機構眾多，因此穩(wěn)定性就成為了學者們的研究重點[5-7]。隨著四旋翼無人機研究技術的發(fā)展，其執(zhí)行結構也愈加復雜，在頻繁地執(zhí)行任務的過程中，難免會有各種各樣的執(zhí)行器故障發(fā)生，這會嚴重影響四旋翼無人機的飛行性能，造成財產損失甚至人員傷亡。由于上述原因，對四旋翼無人機的故障診斷與容錯控制的研究就顯得尤為必要。進十年來針對四旋翼無人機執(zhí)行器的故障診斷研究持續(xù)發(fā)展，四旋翼無人機的大部分故障原因在于長期高強度運轉造成結構上的損傷從而損失升力。如果四旋翼無人機設計容錯控制系統(tǒng)，可以使得四旋翼無人機在故障發(fā)生后，通過容錯控制對故障的處理，仍能夠維持性能的損失在可接受的范圍內，從而避免造成更大的生命財產損失。通過對四旋翼無人機不同類型故障如執(zhí)行器故障，傳感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼無
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于內外環(huán)結構的四旋翼飛行器容錯控制方法[J]. 鄭佳靜,李平. 中南大學學報(自然科學版). 2019(03)
[2]四旋翼飛行器模型參考自適應容錯控制[J]. 梁雪慧,黨媛媛,趙嘉祺. 電光與控制. 2018(07)
[3]基于LMI的一體化魯棒主動容錯控制器設計[J]. 劉聰,錢坤,李穎暉,丁奇. 控制與決策. 2018(01)
[4]基于增益調度PID的四旋翼無人機主動容錯控制[J]. 蔣銀行,劉劍慰,楊蒲,謝曉龍. 山東科技大學學報(自然科學版). 2017(04)
[5]基于多模型的無人機故障診斷與容錯控制方法[J]. 李煒,崔佳佳. 山東科技大學學報(自然科學版). 2017(04)
[6]四旋翼無人系統(tǒng)的容錯控制算法設計與實現(xiàn)（英文）[J]. 張友民,余翔,王斑,劉丁. 控制工程. 2016(12)
[7]STM32的四旋翼無人機故障診斷仿真研究[J]. 劉強,孫運強,魯旭濤. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用. 2016(11)
[8]四旋翼無人機的多模型故障診斷[J]. 徐雪松. 計算機工程與應用. 2016(21)
[9]不確定性多時滯線性系統(tǒng)魯棒容錯H∞控制[J]. 劉春芳. 黑龍江大學自然科學學報. 2016(03)
[10]基于數(shù)據驅動的微小故障診斷方法綜述[J]. 文成林,呂菲亞,包哲靜,劉妹琴. 自動化學報. 2016(09)
博士論文
[1]舞臺多電機同步控制系統(tǒng)傳感器故障主動容錯方法研究[D]. 毛海杰.蘭州理工大學 2018
[2]非線性系統(tǒng)故障可診斷性評價及診斷方法研究[D]. 蔣棟年.蘭州理工大學 2018
[3]不確定非線性系統(tǒng)的容錯與事件觸發(fā)控制方法研究[D]. 李元新.東北大學 2017
[4]基于振動信號的機械故障特征提取與診斷研究[D]. 趙志宏.北京交通大學 2012
碩士論文
[1]四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)的狀態(tài)估計問題研究[D]. 李峰.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]基于等價空間法的故障診斷及其應用[D]. 劉昕洋.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[3]四旋翼無人機自抗擾容錯控制研究[D]. 劉栩粼.西南科技大學 2019
[4]四旋翼無人機室內定位與控制技術研究[D]. 胡鯤.南京航空航天大學 2019
[5]基于視覺的四旋翼飛行器地面目標跟蹤技術[D]. 李軼錕.南京航空航天大學 2019
[6]多旋翼無人機的自主避障、目標跟蹤及自主導航定位研究[D]. 袁瑞廷.南京航空航天大學 2019
[7]執(zhí)行器故障下的四旋翼無人機容錯控制方法研究[D]. 陳勝強.長春工業(yè)大學 2018
[8]四旋翼無人機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 亓岳鑫.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[9]小型無人機飛控系統(tǒng)設計[D]. 朱銳.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[10]四旋翼無人機軌跡跟蹤與避障控制研究[D]. 韋意豪.哈爾濱工業(yè)大學 2018
本文編號：3318254
【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
BZK005C軍用無人機隨著材料、電子以及計算機技術等領域的發(fā)展，旋翼無人機的技術水平也迅速提高
基于數(shù)據驅動的四旋翼無人機故障診斷與容錯控制2所示為植保無人機，圖1.3為攝影無人機。圖1.2植保無人機圖1.3攝影無人機圖由于四旋翼無人機的廣泛應用，越來越多的專家學者投入到四旋翼無人機的研究中來，這促使四旋翼無人機的研究水平有了更大進步。四旋翼無人機依靠四個十字形分布的旋翼來提供升力，通過控制旋翼的轉速來完成升降、翻滾、俯仰等動作。由于兩組旋翼的轉動方向相反、因此可以產生反扭力矩來避免機身旋轉。四旋翼無人機是一個強耦合、欠驅動的系統(tǒng)又因其執(zhí)行機構眾多，因此穩(wěn)定性就成為了學者們的研究重點[5-7]。隨著四旋翼無人機研究技術的發(fā)展，其執(zhí)行結構也愈加復雜，在頻繁地執(zhí)行任務的過程中，難免會有各種各樣的執(zhí)行器故障發(fā)生，這會嚴重影響四旋翼無人機的飛行性能，造成財產損失甚至人員傷亡。由于上述原因，對四旋翼無人機的故障診斷與容錯控制的研究就顯得尤為必要。進十年來針對四旋翼無人機執(zhí)行器的故障診斷研究持續(xù)發(fā)展，四旋翼無人機的大部分故障原因在于長期高強度運轉造成結構上的損傷從而損失升力。如果四旋翼無人機設計容錯控制系統(tǒng)，可以使得四旋翼無人機在故障發(fā)生后，通過容錯控制對故障的處理，仍能夠維持性能的損失在可接受的范圍內，從而避免造成更大的生命財產損失。通過對四旋翼無人機不同類型故障如執(zhí)行器故障，傳感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼無
基于數(shù)據驅動的四旋翼無人機故障診斷與容錯控制2所示為植保無人機，圖1.3為攝影無人機。圖1.2植保無人機圖1.3攝影無人機圖由于四旋翼無人機的廣泛應用，越來越多的專家學者投入到四旋翼無人機的研究中來，這促使四旋翼無人機的研究水平有了更大進步。四旋翼無人機依靠四個十字形分布的旋翼來提供升力，通過控制旋翼的轉速來完成升降、翻滾、俯仰等動作。由于兩組旋翼的轉動方向相反、因此可以產生反扭力矩來避免機身旋轉。四旋翼無人機是一個強耦合、欠驅動的系統(tǒng)又因其執(zhí)行機構眾多，因此穩(wěn)定性就成為了學者們的研究重點[5-7]。隨著四旋翼無人機研究技術的發(fā)展，其執(zhí)行結構也愈加復雜，在頻繁地執(zhí)行任務的過程中，難免會有各種各樣的執(zhí)行器故障發(fā)生，這會嚴重影響四旋翼無人機的飛行性能，造成財產損失甚至人員傷亡。由于上述原因，對四旋翼無人機的故障診斷與容錯控制的研究就顯得尤為必要。進十年來針對四旋翼無人機執(zhí)行器的故障診斷研究持續(xù)發(fā)展，四旋翼無人機的大部分故障原因在于長期高強度運轉造成結構上的損傷從而損失升力。如果四旋翼無人機設計容錯控制系統(tǒng)，可以使得四旋翼無人機在故障發(fā)生后，通過容錯控制對故障的處理，仍能夠維持性能的損失在可接受的范圍內，從而避免造成更大的生命財產損失。通過對四旋翼無人機不同類型故障如執(zhí)行器故障，傳感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼無
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于內外環(huán)結構的四旋翼飛行器容錯控制方法[J]. 鄭佳靜,李平. 中南大學學報(自然科學版). 2019(03)
[2]四旋翼飛行器模型參考自適應容錯控制[J]. 梁雪慧,黨媛媛,趙嘉祺. 電光與控制. 2018(07)
[3]基于LMI的一體化魯棒主動容錯控制器設計[J]. 劉聰,錢坤,李穎暉,丁奇. 控制與決策. 2018(01)
[4]基于增益調度PID的四旋翼無人機主動容錯控制[J]. 蔣銀行,劉劍慰,楊蒲,謝曉龍. 山東科技大學學報(自然科學版). 2017(04)
[5]基于多模型的無人機故障診斷與容錯控制方法[J]. 李煒,崔佳佳. 山東科技大學學報(自然科學版). 2017(04)
[6]四旋翼無人系統(tǒng)的容錯控制算法設計與實現(xiàn)（英文）[J]. 張友民,余翔,王斑,劉丁. 控制工程. 2016(12)
[7]STM32的四旋翼無人機故障診斷仿真研究[J]. 劉強,孫運強,魯旭濤. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用. 2016(11)
[8]四旋翼無人機的多模型故障診斷[J]. 徐雪松. 計算機工程與應用. 2016(21)
[9]不確定性多時滯線性系統(tǒng)魯棒容錯H∞控制[J]. 劉春芳. 黑龍江大學自然科學學報. 2016(03)
[10]基于數(shù)據驅動的微小故障診斷方法綜述[J]. 文成林,呂菲亞,包哲靜,劉妹琴. 自動化學報. 2016(09)
博士論文
[1]舞臺多電機同步控制系統(tǒng)傳感器故障主動容錯方法研究[D]. 毛海杰.蘭州理工大學 2018
[2]非線性系統(tǒng)故障可診斷性評價及診斷方法研究[D]. 蔣棟年.蘭州理工大學 2018
[3]不確定非線性系統(tǒng)的容錯與事件觸發(fā)控制方法研究[D]. 李元新.東北大學 2017
[4]基于振動信號的機械故障特征提取與診斷研究[D]. 趙志宏.北京交通大學 2012
碩士論文
[1]四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)的狀態(tài)估計問題研究[D]. 李峰.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]基于等價空間法的故障診斷及其應用[D]. 劉昕洋.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[3]四旋翼無人機自抗擾容錯控制研究[D]. 劉栩粼.西南科技大學 2019
[4]四旋翼無人機室內定位與控制技術研究[D]. 胡鯤.南京航空航天大學 2019
[5]基于視覺的四旋翼飛行器地面目標跟蹤技術[D]. 李軼錕.南京航空航天大學 2019
[6]多旋翼無人機的自主避障、目標跟蹤及自主導航定位研究[D]. 袁瑞廷.南京航空航天大學 2019
[7]執(zhí)行器故障下的四旋翼無人機容錯控制方法研究[D]. 陳勝強.長春工業(yè)大學 2018
[8]四旋翼無人機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 亓岳鑫.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[9]小型無人機飛控系統(tǒng)設計[D]. 朱銳.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[10]四旋翼無人機軌跡跟蹤與避障控制研究[D]. 韋意豪.哈爾濱工業(yè)大學 2018
本文編號：3318254
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