本文關(guān)鍵詞：小型四旋翼無人直升機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 小型四旋翼無人直升機(jī) 陀螺效應(yīng) 數(shù)學(xué)模型 控制器

【摘要】：隨著微機(jī)電系統(tǒng)的不斷發(fā)展,使得小型四旋翼無人直升機(jī)的性能越來越強(qiáng)大,其應(yīng)用的范圍也越來越廣,為人類帶來的便利也越來越多。由于四旋翼無人直升機(jī)特殊的耦合結(jié)構(gòu),使得飛行姿態(tài)能直接影響飛行的位置,因此,為研究出機(jī)動(dòng)性能更佳的四旋翼無人直升機(jī)以滿足多種行業(yè)的需要,越來越多的人開始將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了小型四旋翼無人直升機(jī)的姿態(tài)控制。本文是從算法的角度對四旋翼無人直升機(jī)的飛行姿態(tài)進(jìn)行研究的。文中將對小型四旋翼無人直升機(jī)模型的建立、先進(jìn)姿態(tài)控制算法的設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行深入研究,特別是反步控制器、反步滑模控制器以及分?jǐn)?shù)階滑模控制器等先進(jìn)控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。最后采用軟件仿真的方式對所設(shè)計(jì)的控制器的控制效果進(jìn)行驗(yàn)證。其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:介紹當(dāng)前無人機(jī)的應(yīng)用情況,尤其在軍事方面的應(yīng)用,并就四旋翼無人機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行特別說明。再對四旋翼無人直升機(jī)的姿態(tài)控制算法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行說明。介紹常用的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法及姿態(tài)角表示方法,建立四旋翼無人直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型。在忽略機(jī)體的陀螺效應(yīng)的前提下,將已建立的模型進(jìn)行適當(dāng)簡化。對分?jǐn)?shù)階理論進(jìn)行分析,并與經(jīng)典PID控制器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對比,設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)階PID控制器,對簡化后的模型進(jìn)行控制。該種控制器結(jié)合了分?jǐn)?shù)階理論的優(yōu)點(diǎn),性能應(yīng)優(yōu)于經(jīng)典PID控制器。在考慮機(jī)體的陀螺效應(yīng)的前提下,再考慮到四旋翼無人直升機(jī)的飛行環(huán)境,在已建立的數(shù)學(xué)模型中加入干擾項(xiàng),并采用干擾觀測器對加入的干擾進(jìn)行補(bǔ)償。然后采用先進(jìn)的反步法設(shè)計(jì)反步控制器,對四旋翼無人機(jī)的飛行姿態(tài)進(jìn)行控制;再采用魯棒性強(qiáng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制,與反步法相結(jié)合,設(shè)計(jì)反步滑�？刂破�。最后將分?jǐn)?shù)階理論與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合,設(shè)計(jì)性能更佳的分?jǐn)?shù)階滑模控制器。通過對經(jīng)典PID控制器、分?jǐn)?shù)階PID控制器、反步控制器、反步滑�？刂破鳌⒎�?jǐn)?shù)階滑�？刂破鞯脑O(shè)計(jì)與仿真,將完成對小型四旋翼無人直升機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)的研究工作。
【關(guān)鍵詞】：小型四旋翼無人直升機(jī) 陀螺效應(yīng) 數(shù)學(xué)模型 控制器
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 論文的背景和意義9-10
• 1.2 四旋翼無人直升機(jī)的國內(nèi)外研究概況10-11
• 1.2.1 國外研究概況10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究概況11
• 1.3 四旋翼無人直升機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)研究概況11-12
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容12-14
• 2 小型四旋翼無人直升機(jī)的建模14-23
• 2.1 四旋翼無人直升機(jī)介紹14-15
• 2.2 飛行姿態(tài)角描述15-16
• 2.3 坐標(biāo)變換矩陣16-18
• 2.4 數(shù)學(xué)模型的建立18-22
• 2.5 小結(jié)22-23
• 3 基于分?jǐn)?shù)階PID控制器的四旋翼無人直升機(jī)姿態(tài)控制23-34
• 3.1 控制對象的建立23-24
• 3.2 控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用24-31
• 3.2.1 分?jǐn)?shù)階微積分簡介24-25
• 3.2.2 分?jǐn)?shù)階微積分的算法實(shí)現(xiàn)25-28
• 3.2.3 分?jǐn)?shù)階算子的封裝28-30
• 3.2.4 經(jīng)典PID控制器的設(shè)計(jì)30
• 3.2.5 分?jǐn)?shù)階PID控制器的設(shè)計(jì)30-31
• 3.3 仿真對比及分析31-33
• 3.4 小結(jié)33-34
• 4 基于反步控制器的四旋翼無人直升機(jī)姿態(tài)控制34-45
• 4.1 反步法理論基礎(chǔ)34-36
• 4.2 穩(wěn)定性判據(jù)36-37
• 4.2.1 Lyapunov意義下的穩(wěn)定性說明36-37
• 4.2.2 Lyapunov穩(wěn)定性判別方法37
• 4.3 反步控制器設(shè)計(jì)37-42
• 4.3.1 引入干擾觀測器38-40
• 4.3.2 設(shè)計(jì)反步控制器40-42
• 4.4 仿真驗(yàn)證42-44
• 4.5 小結(jié)44-45
• 5 基于反步滑模控制器的四旋翼無人直升機(jī)姿態(tài)控制45-51
• 5.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制概述45-46
• 5.2 反步滑�？刂破髟O(shè)計(jì)46-47
• 5.3 仿真驗(yàn)證47-49
• 5.4 小結(jié)49-51
• 6 基于分?jǐn)?shù)階滑�？刂破鞯乃男頍o人直升機(jī)姿態(tài)控制51-58
• 6.1 分?jǐn)?shù)階滑模控制器設(shè)計(jì)51-52
• 6.2 仿真驗(yàn)證52-54
• 6.3 整體對比54-56
• 6.4 小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙常均;宮勛;白越;續(xù)志軍;徐東甫;高慶嘉;;四旋翼飛行器中升力波動(dòng)的干擾與抑制[J];光學(xué)精密工程;2014年09期

，

本文編號：609026