四旋翼飛行器憑借其靈活的操縱性、較小的地域局限性等優(yōu)勢,在軍事應(yīng)用、航拍測繪、農(nóng)業(yè)植保以及科學(xué)研究等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文針對地震災(zāi)后人員搜救以及危險(xiǎn)環(huán)境精確探查的應(yīng)用,設(shè)計(jì)一款貼地飛行自主探查無人機(jī),并在以下方面進(jìn)行了研究與改進(jìn)。首先,為保證探查有效性,四旋翼定高不僅要貼地還要能夠跟隨地勢起伏。本文采用近地表測距精度較高的超聲波傳感器測得對地高度,并采用基于系數(shù)動態(tài)變化的一階低通濾波處理高度數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)精度;采用高度-速度雙閉環(huán)PID控制,提高了定高飛行的抗干擾能力,實(shí)現(xiàn)了四旋翼在3cm-50cm的貼地穩(wěn)定定高。其次,為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的自主探查,要求四旋翼能夠跟隨給定航線自主飛行。本文采用基于偏航位置、航向速度以及航向角前饋串級PID控制作為核心控制器,并針對存在建模誤差和通道耦合的環(huán)節(jié)采用線性自抗擾（LADRC）控制;在此基礎(chǔ)上采用多速率卡爾曼濾波算法進(jìn)行GPS/INS的數(shù)據(jù)融合,提高了位置和速度信息精度,實(shí)現(xiàn)了四旋翼的跟隨給定航線飛行。此外,本文還進(jìn)行了四旋翼實(shí)時(shí)避障的研究。針對傳統(tǒng)人工勢場法存在局部最小點(diǎn)和無法結(jié)合預(yù)設(shè)航線問題,改進(jìn)了引力線勢場和斥力場,提出了基于改進(jìn)人工勢場... 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 四旋翼飛行器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 控制和避障技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    1.4 章節(jié)安排
第2章 四旋翼原理介紹及數(shù)學(xué)建模
    2.1 四旋翼基本原理介紹
    2.2 動力學(xué)方程的建立
        2.2.1 坐標(biāo)系選取及轉(zhuǎn)換
        2.2.2 動力學(xué)建模
    2.3 小結(jié)
第3章 基于雙閉環(huán)PID的貼地定高飛行
    3.1 姿態(tài)解算
        3.1.1 四元數(shù)與旋轉(zhuǎn)矩陣
        3.1.2 基于互補(bǔ)濾波的姿態(tài)解算
    3.2 雙閉環(huán)PID控制器設(shè)計(jì)
    3.3 基于系數(shù)動態(tài)調(diào)整低通濾波的高度數(shù)據(jù)處理
        3.3.1 測距儀的選取
        3.3.2 基于系數(shù)動態(tài)調(diào)整低通濾波的高度數(shù)據(jù)處理
    3.4 定高結(jié)果分析
    3.5 小結(jié)
第4章 基于前饋PID和LADRC串級控制的四旋翼導(dǎo)航
    4.1 導(dǎo)航策略
    4.2 線性自抗擾（LADRC）
        4.2.1 ADRC
        4.2.2 基于模型輔助的LADRC
    4.3 基于前饋PID和LADRC串級控制的控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
        4.3.1 控制器設(shè)計(jì)
        4.3.2 仿真驗(yàn)證
    4.4 基于多速率卡爾曼濾波的GPS/INS數(shù)據(jù)融合
        4.4.1 卡爾曼濾波算法
        4.4.2 多速率卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)
        4.4.3 仿真分析
    4.5 小結(jié)
第5章 基于改進(jìn)人工勢場的四旋翼預(yù)設(shè)航線三維避障
    5.1 避障策略
    5.2 人工勢場法改進(jìn)
        5.2.1 傳統(tǒng)人工勢場法的局限性
        5.2.2 線勢場的引進(jìn)和改進(jìn)
        5.2.3 斥力場的改進(jìn)
    5.3 Adams仿真
        5.3.1 Adams簡介及環(huán)境搭建
        5.3.2 引力為定值和變量的對比驗(yàn)證
        5.3.3 引入前饋和速度的線勢場對比驗(yàn)證
        5.3.4 基于改進(jìn)人工勢場法的三維避障
    5.4 小結(jié)
第6章 四旋翼結(jié)構(gòu)與功能測試
    6.1 四旋翼結(jié)構(gòu)
    6.2 系統(tǒng)功能測試
        6.2.1 高度控制測試
        6.2.2 航線跟隨功能測試
        6.2.3 總體功能測試
    6.3 小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果及獲獎
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目



本文編號：3488376