本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器懸停控制研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 PID控制 反步控制 滑�？刂� 穩(wěn)定控制

【摘要】：四旋翼飛行器(又稱四旋翼無人機(jī))是一種結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)動(dòng)性強(qiáng),可垂直起降、定點(diǎn)懸停的多旋翼飛行器,具有體積小,重量輕,靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過改變四個(gè)旋翼上電機(jī)的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)各種飛行器姿態(tài),特別適用于軍事偵察,航空攝影,近地面巡查,輸電線路檢查等任務(wù),在軍事和民用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而四旋翼飛行器模型是具有非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合等特性,飛行器在飛行過程中易受到氣流、噪聲等外部干擾,增加了其控制器設(shè)計(jì)的難度。本課題研究重點(diǎn)是四旋翼飛行器控制器的設(shè)計(jì)。首先,介紹四旋翼飛行器的基本運(yùn)動(dòng)方式及其工作原理,根據(jù)牛頓定理及歐拉定理對(duì)四旋翼飛行器的物理模型進(jìn)行力矩和受力分析,完成四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型的建立;然后,在動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了反步控制和滑�？刂苾煞N控制器,并與傳統(tǒng)PID控制策略進(jìn)行對(duì)比,分別進(jìn)行了相關(guān)的仿真研究。利用反步法對(duì)不確定性系統(tǒng)(受干擾或不確定性不滿足匹配條件時(shí))表現(xiàn)的強(qiáng)魯棒以及自適應(yīng)性,采用反步控制策略為四旋翼飛行器設(shè)計(jì)了反步控制器,并在MATLAB/Simlink環(huán)境下進(jìn)行仿真研究,對(duì)仿真進(jìn)行研究分析,容易看出所設(shè)計(jì)的反步控制器基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)四旋翼飛行器的穩(wěn)定控制�；？刂凭哂许憫�(yīng)速度快、對(duì)擾動(dòng)及參數(shù)變化不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識(shí)、魯棒性強(qiáng)、物理實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)。本文利用滑模方法為飛行器設(shè)計(jì)控制器,并采用指數(shù)趨近律,快速響應(yīng)的同時(shí)削弱了系統(tǒng)的抖動(dòng),有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)四旋翼飛行器的穩(wěn)定控制。總之,采用PID算法、反步算法以及滑模三種控制算法為四旋翼飛行器設(shè)計(jì)了控制器,并在simlink環(huán)境下進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果表明,三種控制策略都基本上實(shí)現(xiàn)了飛行器的穩(wěn)定控制,當(dāng)給系統(tǒng)加入一定的干擾,PID控制系統(tǒng)畸變大,并且最終系統(tǒng)無法達(dá)到穩(wěn)定,而反步和滑�？刂圃谝欢〞r(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定,說明了反步控制和滑�？刂凭哂锌垢蓴_性和強(qiáng)的魯棒性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 PID控制 反步控制 滑�？刂� 穩(wěn)定控制
【學(xué)位授予單位】：遼寧工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-14
• 1.3 四旋翼飛行器控制算法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 課題研究內(nèi)容15-16
• 2 四旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)方式及動(dòng)力學(xué)模型16-25
• 2.1 四旋翼飛行器工作原理及運(yùn)動(dòng)方式16-19
• 2.2 坐標(biāo)系的選擇與轉(zhuǎn)換19-20
• 2.3 四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型的建立20-23
• 2.3.1 建模前的假設(shè)20
• 2.3.2 動(dòng)力學(xué)模型的建立20-23
• 2.4 電機(jī)模型23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 3 基于經(jīng)典理論的四旋翼飛行器控制研究25-38
• 3.1 經(jīng)典PID控制理論25-26
• 3.2 四旋翼飛行器控制器的設(shè)計(jì)26-32
• 3.2.1 PID姿態(tài)及高度控制26-30
• 3.2.2 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)30-32
• 3.3 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析32-37
• 3.3.1 仿真環(huán)境與仿真參數(shù)32
• 3.3.2 懸�？刂蒲芯�32-34
• 3.3.3 軌跡跟蹤研究34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 四旋翼飛行器的反步法控制研究38-50
• 4.1 反步法控制理論38-40
• 4.1.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論38
• 4.1.2 反步法基本理論38-40
• 4.2 反步控制器的設(shè)計(jì)40-42
• 4.3 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析42-49
• 4.3.1 反步控制高度及姿態(tài)控制42-44
• 4.3.2 懸�？刂蒲芯�44-46
• 4.3.3 軌跡跟蹤研究46-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 5 四旋翼飛行器的滑�？刂蒲芯�50-62
• 5.1 滑模變結(jié)構(gòu)的基本原理50-52
• 5.1.1 滑動(dòng)模態(tài)存在條件50-51
• 5.1.2 滑動(dòng)模態(tài)到達(dá)條件51
• 5.1.3 滑模面的設(shè)計(jì)51-52
• 5.2 滑�？刂破髟O(shè)計(jì)52-53
• 5.3 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析53-61
• 5.3.1 滑�？刂聘叨燃白藨B(tài)控制53-56
• 5.3.2 懸�？刂蒲芯�56-58
• 5.3.3 軌跡跟蹤研究58-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 6 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68
• 附錄 飛行器高度及姿態(tài)控制仿真圖68

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護(hù)[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號(hào)：596386