發(fā)布時(shí)間：2017-06-11 06:01

  本文關(guān)鍵詞：基于DMOC的四旋翼飛行器軌跡優(yōu)化與控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是典型的集強(qiáng)耦合、非線性、多變量等特性為一體的旋翼式無(wú)人機(jī)。目前，針對(duì)該飛行器的研究涵蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模型建立、控制律設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃等。其中，為了實(shí)現(xiàn)飛行器在實(shí)際情況中規(guī)避危險(xiǎn)以完成搜索或跟蹤任務(wù)，并結(jié)合自身負(fù)載的局限性，能夠事先規(guī)劃好盡量短時(shí)間的飛行軌跡并進(jìn)行準(zhǔn)確地跟蹤控制就顯得尤為重要。 由于四旋翼自身的特性以及飛行任務(wù)的復(fù)雜性，為了進(jìn)一步提高算法地適用性、收斂速度以及可解性，本文針對(duì)四旋翼飛行器，在現(xiàn)有軌跡優(yōu)化算法和跟蹤控制算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，并通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證分析。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.建立四旋翼飛行器模型。在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立雙坐標(biāo)系。依據(jù)飛行器特性分析，結(jié)合牛頓第二定理以及歐拉方程，推導(dǎo)系統(tǒng)相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程。同時(shí)，為了后續(xù)軌跡優(yōu)化及控制器設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了線性化和解耦處理。 2.提出借助于輔助初值猜測(cè)策略（Auxiliary Initial Guess Strategy, AIGS）的MDMOC (Multi-phase Discrete Mechanics and Optimal Control)軌跡優(yōu)化算法。通過(guò)傳統(tǒng)DMOC方法、高斯偽譜法(Gauss Pseudo-spectral Method, GPM)和一種借助于AIGS結(jié)合分段軌跡優(yōu)化策略的MDMOC方法的綜合對(duì)比，得出：就四旋翼飛行器問(wèn)題而言，GPM要優(yōu)于DMOC法，借助于AIGS的MDMOC在優(yōu)化效率和程序化方面優(yōu)于GPM；同時(shí)，，MDMOC在保證一定精確度的同時(shí)，更加適用于復(fù)雜飛行要求和飛行環(huán)境中使用。因此，采用MDMOC將作為下一部分生成控制器設(shè)計(jì)中最優(yōu)參考輸入軌跡的優(yōu)化方法。 3.設(shè)計(jì)飛行器自適應(yīng)軌跡跟蹤控制系統(tǒng)。四旋翼飛行器復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性和諸多的不確定性使得跟蹤控制器的設(shè)計(jì)變的更加困難。因此，分別采用經(jīng)典PD控制算法和一種質(zhì)量未知情況下基于反步法的滑模變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制算法設(shè)計(jì)軌跡跟蹤控制器。仿真結(jié)果顯示，兩種方法均能實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的飛行和軌跡跟蹤。具體的，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定所需的上升時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間以及魯棒性方面，基于反步法的滑模變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)算法具有較大的改善，更加適用。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 軌跡優(yōu)化 跟蹤控制 MDMOC 輔助初值猜測(cè)策略 Gauss偽譜法
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 四旋翼飛行器發(fā)展概述11-15
• 1.2.1 歷史回顧11
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 軌跡優(yōu)化方法概述15-17
• 1.4 小型飛行器飛行控制方法概述17-19
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排19-20
• 第2章 四旋翼飛行器模型建立20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)及工作原理20-22
• 2.2.1 飛行器的結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2.2 飛行原理21-22
• 2.3 四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型22-28
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換關(guān)系22-23
• 2.3.2 作用在飛行器上的力和力矩23-24
• 2.3.3 動(dòng)力學(xué)模型24-27
• 2.3.4 特性分析27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 四旋翼飛行器軌跡優(yōu)化29-54
• 3.1 引言29
• 3.2 軌跡優(yōu)化問(wèn)題描述29-30
• 3.3 軌跡優(yōu)化方法的選取30-33
• 3.4 四旋翼飛行器問(wèn)題描述33-35
• 3.5 Gauss 偽譜法35-42
• 3.5.1 Gauss 偽譜法基本原理36-39
• 3.5.2 四旋翼飛行器問(wèn)題求解39-42
• 3.6 結(jié)合分段策略的離散最優(yōu)理論42-52
• 3.6.1 DMOC 基本原理43-45
• 3.6.2 分段優(yōu)化策略45-48
• 3.6.3 輔助初值猜測(cè)策略48-49
• 3.6.4 四旋翼飛行器問(wèn)題求解49-52
• 3.7 優(yōu)化方法分析對(duì)比52-53
• 3.8 本章小結(jié)53-54
• 第4章 飛行器軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)54-78
• 4.1 引言54
• 4.2 軌跡跟蹤控制問(wèn)題54-59
• 4.2.1 問(wèn)題描述54-55
• 4.2.2 最優(yōu)參考輸入軌跡生成55-59
• 4.3 基于經(jīng)典內(nèi)/外環(huán)反饋控制器設(shè)計(jì)59-63
• 4.3.1 經(jīng)典 PID 控制器概述59-60
• 4.3.2 外環(huán)控制器設(shè)計(jì)（位置跟蹤控制器）60-62
• 4.3.3 內(nèi)環(huán)控制器設(shè)計(jì)（姿態(tài)跟蹤控制器）62-63
• 4.4 基于反步法的滑模自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)63-70
• 4.4.1 控制方法概述64-67
• 4.4.2 自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)67-70
• 4.5 仿真實(shí)驗(yàn)及分析對(duì)比70-76
• 4.5.1 位姿跟蹤曲線71-74
• 4.5.2 控制輸入量和參數(shù)估計(jì)曲線74-75
• 4.5.3 抗干擾分析75-76
• 4.6 本章小結(jié)76-78
• 第5章 總結(jié)與展望78-80
• 5.1 論文總結(jié)78-79
• 5.2 展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文85-86
• 致謝86

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 魏巍;多流體混合微流控制系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：440883