本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機編隊飛行的控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,服務(wù)機器人、無人機等無人設(shè)備受到人們的日益關(guān)注。對于單架無人機來說,它雖然有很多的優(yōu)勢,但也存在著相應(yīng)的問題。比如它體積小,載重有限,續(xù)航能力差等。這些問題在一定程度上限制了無人機的應(yīng)用,如何解決這些問題就成了四旋翼無人機研究的重點之一。近些年來,一些專家提出無人駕駛飛行器編隊的概念,最初是針對空間飛行器。當(dāng)然,這也可以用于無人機編隊。本課題的主要內(nèi)容有對四旋翼無人機的飛行控制系統(tǒng)的研究,編隊隊形約束,編隊控制器設(shè)計、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、仿真驗證。要對四旋翼無人機進(jìn)行編隊飛行,首先應(yīng)該了解四旋翼構(gòu)成,熟悉其數(shù)學(xué)模型,完成對它的飛行控制,主要是速度的控制。然后采用超橢圓數(shù)學(xué)模型來描述四旋翼編隊的期望隊形,基于此提出編隊飛行的控制策略,并對其進(jìn)行理論分析和穩(wěn)定性證明。對地面移動機器人編隊問題的研究已經(jīng)有了大量的研究成果,因此本文的首要任務(wù)就是要找出一種合適的編隊控制策略。由于四旋翼無人機和地面機器人的控制模型有很大的不同,而且四旋翼無人機的控制較地面機器人要難,我們需要結(jié)合四旋翼無人機模型設(shè)計新的控制器。本課題擬采用一種基于位置誤差和同步誤差的同步控制算法來實現(xiàn)對四旋翼無人機的編隊控制。首先基于超橢圓方程的位置約束,定義四旋翼編隊的位置誤差和同步誤差,然后結(jié)合歐拉-拉個朗日動態(tài)方程設(shè)計出控制力矩。為了確保所設(shè)計的控制算法有效可行,首先需要從理論上對它進(jìn)行穩(wěn)定性證明。采用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理的分析方法,以確定該控制算法穩(wěn)定的條件以及控制器中各個參數(shù)的選取范圍。為了使無人機編隊能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境下執(zhí)行任務(wù),應(yīng)該保證無人機編隊的隊形可以靈活多變。首先建立無人機在不同環(huán)境中的編隊隊形,然后通過編隊控制器的作用使得無人機編隊可以在不同隊形間進(jìn)行切換。接著對編隊控制算法進(jìn)行仿真驗證,首先采用MATLAB對它們做簡化后的仿真比較,根據(jù)仿真比較的結(jié)果,以基于ROS和ODE開源動力學(xué)引擎的Gazebo來做進(jìn)一步的無人機控制仿真。以此來檢驗編隊控制算法的穩(wěn)定性、靈活性以及容錯能力。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼 速度控制器 編隊控制 穩(wěn)定性 Lyapunov函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究的背景意義9-11
• 1.2 四旋翼的發(fā)展歷程及編隊研究的現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀綜述13-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 四旋翼的數(shù)學(xué)建模與速度控制16-28
• 2.1 四旋翼無人機的數(shù)學(xué)模型的建立16-24
• 2.2.1 四旋翼無人機的工作原理16-18
• 2.2.2 坐標(biāo)系的建立18
• 2.2.3 作用在四旋翼上的力18-22
• 2.2.4 四旋翼的運動方程的建立22-24
• 2.2 四旋翼無人機的速度控制24-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第3章 同步編隊控制策略28-33
• 3.1 隊形約束28-29
• 3.2 位置誤差和同步誤差定義29-30
• 3.3 同步控制器的設(shè)計及穩(wěn)定性分析30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 飛行編隊算法對比研究33-38
• 4.1 基于領(lǐng)航-跟隨的控制算法33-36
• 4.2 比較分析36-37
• 4.3 本章小結(jié)37-38
• 第5章 仿真驗證38-57
• 5.1 領(lǐng)航跟隨控制算法的MATLAB仿真38-39
• 5.2 同步控制算法的MATLAB仿真39-48
• 5.3 基于Gazebo的無人機控制仿真48-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文62-64
• 致謝64

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 唐強,朱志強,王建元;國外無人機自主飛行控制研究[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2004年03期

  本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機編隊飛行的控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：351512