本文關(guān)鍵詞：微型四旋翼飛行器控制方法研究及控制器設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 PID控制 自抗擾控制 模糊優(yōu)化 抗干擾性

【摘要】：進入新世紀(jì)后,電子元器件和各種智能硬件蓬勃發(fā)展,控制理論的不斷完善,四旋翼飛行器突破諸多技術(shù)瓶頸,重新開始受到人們的關(guān)注。四旋翼飛行器具有飛行靈活度高、成本低、機身小巧便于攜帶等優(yōu)點。近些年來,四旋翼飛行器的負載續(xù)航能力逐漸提高,在搭載了高清攝像機以及其他傳感器后廣泛應(yīng)用于電影航拍、野生動物保護等領(lǐng)域。但是,四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)是一種不完整并且不穩(wěn)定的的控制系統(tǒng)。因此,若要穩(wěn)定的控制四旋翼飛行器,對其控制系統(tǒng)的設(shè)計十分必要。論文介紹了四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和飛行原理,在忽略機體形變和其他次要因素后,分析建立了四旋翼飛行器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。選擇了一種硬件飛行平臺以獲取飛行參數(shù),然后利用這些參數(shù)在軟件仿真平臺上對四旋翼飛行器控制系統(tǒng)進行仿真。將四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)分解成飛行高度控制、飛行航向控制和機體平衡控制三個子系統(tǒng),然后利用傳統(tǒng)的PID控制算法對各個子系統(tǒng)進行控制,并在Simulink下對每個控制子系統(tǒng)進行仿真。根據(jù)四旋翼飛行器特殊的飛行控制系統(tǒng),分析了PID控制的局限性,針對這些局限性采用了自抗擾控制。這種方法設(shè)計了跟蹤微分器為控制器的輸入安排了過渡過程;設(shè)計了擴張狀態(tài)觀測器,將被控對象數(shù)學(xué)模型的未知部分和外部噪聲視為總擾動;設(shè)計了非線性狀態(tài)誤差反饋律以減少跟蹤誤差。利用模糊優(yōu)化算法對自抗擾控制器的非線性狀態(tài)誤差反饋控制律的參數(shù)整定進行優(yōu)化,確定模糊輸入輸出、論域以及隸屬函數(shù)后,設(shè)計出了自抗擾模糊參數(shù)優(yōu)化控制器。隨后利用自抗擾模糊參數(shù)優(yōu)化控制器對四旋翼飛行器進行控制,并對控制器進行抗干擾測試。仿真結(jié)果表明,在動態(tài)性能指標(biāo)、跟蹤能力和抗干性方面,自抗擾模糊參數(shù)優(yōu)化控制器具有良好的控制性能。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 PID控制 自抗擾控制 模糊優(yōu)化 抗干擾性
【學(xué)位授予單位】：遼寧工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 四旋翼飛行器控制方法研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文的主要工作11-13
• 2 四旋翼飛行器系統(tǒng)構(gòu)型原理及動力學(xué)建模13-31
• 2.1 飛行系統(tǒng)構(gòu)型與飛行原理13-16
• 2.1.1 飛行機體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式13-15
• 2.1.2 四旋翼飛行器飛行原理15-16
• 2.2 四旋翼飛行器動力學(xué)建模16-22
• 2.2.1 飛行條件合理化假設(shè)17
• 2.2.2 參考系的建立與轉(zhuǎn)換關(guān)系17-19
• 2.2.3 機體受力分析19-20
• 2.2.4 機體力矩分析20-22
• 2.2.5 運動方程組模型22
• 2.3 飛行硬件平臺和模型仿真22-28
• 2.3.1 無刷直流電動機的動態(tài)模型24
• 2.3.2 反解求各旋翼轉(zhuǎn)速模塊24-27
• 2.3.3 四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型仿真27-28
• 2.4 模型的開環(huán)仿真分析28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 傳統(tǒng)控制方案分析31-41
• 3.1 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計31
• 3.2 PID控制方法在四旋翼飛行器控制中的應(yīng)用31-40
• 3.2.1 飛行高度控制34-35
• 3.2.2 飛行航向和機體平衡的控制35-36
• 3.2.3 PID參數(shù)整定以及仿真結(jié)果分析36-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 4 自抗擾模糊參數(shù)優(yōu)化控制方案分析41-60
• 4.1 PID控制方案的局限性41-43
• 4.2 自抗擾控制理論43-52
• 4.2.1 安排過渡過程的跟蹤微分器44-47
• 4.2.2 實時補償?shù)臄U張狀態(tài)觀測器47-49
• 4.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋控制律49-50
• 4.2.4 自抗擾控制器的Simulink仿真50-52
• 4.3 自抗擾控制器在參數(shù)整定中的局限性52-55
• 4.3.1 TD的速度因子和濾波因子52-54
• 4.3.2 ESO中的參數(shù)分析54
• 4.3.3 NSEFL中參數(shù)整定的局限性54-55
• 4.4 自抗擾控制器參數(shù)的模糊優(yōu)化55-59
• 4.4.1 控制參數(shù)模糊優(yōu)化的分析55
• 4.4.2 NSEFL參數(shù)模糊優(yōu)化過程55-58
• 4.4.3 自抗擾模糊參數(shù)優(yōu)化控制器模型58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 5 自抗擾模糊參數(shù)優(yōu)化控制器仿真分析60-66
• 5.1 控制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)60-61
• 5.2 控制器的仿真分析61-62
• 5.3 兩種控制器的仿真對比62-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 6 結(jié)論66-67
• 參考文獻67-70
• 致謝70

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本文編號：571456