發(fā)布時(shí)間：2017-08-12 00:08

  本文關(guān)鍵詞：基于反步法的四旋翼飛行器控制方法研究

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【摘要】：隨著嵌入式處理器、微傳感器技術(shù)和控制理論的日益成熟和完善,四旋翼無(wú)人飛行器正在朝著高度智能化和微型化的方向迅猛發(fā)展,并且已經(jīng)在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用。同時(shí),四旋翼飛行器通過(guò)憑借其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)特性成功吸引了廣大研究愛(ài)好者的關(guān)注。本文以四旋翼無(wú)人飛行器為研究對(duì)象,重點(diǎn)對(duì)四旋翼飛行器空氣動(dòng)力學(xué)模型的建立、模型的簡(jiǎn)化以及非線性控制算法做出了研究,旨在解決飛行器飛行過(guò)程中存在的參數(shù)的不確定性和隨機(jī)干擾的問(wèn)題,提高系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。本文研究的主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：一、四旋翼飛行器模型的建立。本文首先介紹了四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)特征并詳細(xì)分析了飛行器的工作原理,選定常規(guī)的慣性坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系,以此為基礎(chǔ),運(yùn)用牛頓第二定律和合外力矩定律,推導(dǎo)出四旋翼無(wú)人飛行器的數(shù)學(xué)模型,并基于實(shí)驗(yàn)飛行條件,合理簡(jiǎn)化了飛行器的數(shù)學(xué)模型。二、針對(duì)傳統(tǒng)線性化算法將四旋翼非線性的數(shù)學(xué)模型線性化的這一不足之處,采用非線性控制算法來(lái)設(shè)計(jì)控制器。針對(duì)四旋翼數(shù)學(xué)模型滿足嚴(yán)反饋形式這一特點(diǎn),采用反步法作為控制器的設(shè)計(jì)算法,將系統(tǒng)分為內(nèi)、外環(huán)(位置環(huán)、姿態(tài)環(huán))等六個(gè)子通道分別進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),通過(guò)定點(diǎn)懸停的仿真實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了反步控制算法的有效性和模型簡(jiǎn)化的合理性,證實(shí)了對(duì)于非線性控制算法的研究有一定的理論指導(dǎo)意義。三、反步結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。考慮飛行器飛行過(guò)程中存在不確定性和隨機(jī)干擾,采用滑模變結(jié)構(gòu)算法提高系統(tǒng)魯棒性。針對(duì)第二章得到的飛行器數(shù)學(xué)模型,結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制算法,設(shè)計(jì)反步滑模變結(jié)構(gòu)控制器,對(duì)系統(tǒng)加以周期干擾,通過(guò)仿真數(shù)據(jù)分析得出,證實(shí)了滑模變結(jié)構(gòu)控制在提高系統(tǒng)魯棒性方面的突出優(yōu)勢(shì)。四、反步結(jié)合自適應(yīng)控制算法。同樣針對(duì)飛行器飛行過(guò)程中存在不確定性和隨機(jī)干擾的問(wèn)題,主要是針對(duì)飛行器坐標(biāo)軸上存在不確定干擾和姿態(tài)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在飛行過(guò)程中參數(shù)的不確定性,針對(duì)同一四旋翼數(shù)學(xué)模型,結(jié)合自適應(yīng)控制算法,設(shè)計(jì)反步自適應(yīng)控制器。以定點(diǎn)懸停和路徑跟蹤的仿真說(shuō)明自適應(yīng)在處理不確定方面的成效。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無(wú)人飛行器 欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 非線性控制 反步法 滑模變結(jié)構(gòu)控制 自適應(yīng)控制 漸近跟蹤
【學(xué)位授予單位】：天津工業(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4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 課題研究國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-14
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第二章 四旋翼無(wú)人飛行器數(shù)學(xué)建模15-23
• 2.1 四旋翼無(wú)人飛行器結(jié)構(gòu)15
• 2.2 四旋翼無(wú)人飛行器控制原理15-16
• 2.3 四旋翼無(wú)人飛行器數(shù)學(xué)建模16-21
• 2.3.1 空間坐標(biāo)的建立16-17
• 2.3.2 機(jī)體坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換17-19
• 2.3.3 四旋翼無(wú)人飛行器數(shù)學(xué)模型19-21
• 2.4 小結(jié)21-23
• 第三章 基于反步法的四旋翼無(wú)人飛行器控制器設(shè)計(jì)23-35
• 3.1 反步法的控制思想23-24
• 3.2 基于反步法的控制器設(shè)計(jì)思路24-25
• 3.3 基于反步法的控制器設(shè)計(jì)25-29
• 3.3.1 姿態(tài)環(huán)(內(nèi)環(huán))控制器設(shè)計(jì)26-27
• 3.3.2 位置環(huán)(外環(huán))控制器設(shè)計(jì)27-28
• 3.3.3 非線性約束條件28-29
• 3.4 基于反步法設(shè)計(jì)的四旋翼無(wú)人飛行器控制器的定點(diǎn)仿真29-33
• 3.5 小結(jié)33-35
• 第四章 四旋翼無(wú)人飛行器反步法結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制35-51
• 4.1 緒論35-36
• 4.2 滑�？刂�36-39
• 4.2.1 滑動(dòng)模態(tài)36-37
• 4.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本問(wèn)題37
• 4.2.3 滑動(dòng)模態(tài)的存在條件37-38
• 4.2.4 滑動(dòng)模態(tài)的到達(dá)條件38
• 4.2.5 滑模變結(jié)構(gòu)控制存在的問(wèn)題38-39
• 4.3 四旋翼無(wú)人飛行器反步法結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)39-42
• 4.3.1 姿態(tài)環(huán)控制器設(shè)計(jì)39-40
• 4.3.2 位置環(huán)控制器設(shè)計(jì)40-42
• 4.4 四旋翼無(wú)人飛行器魯棒性仿真實(shí)驗(yàn)42-49
• 4.5 小結(jié)49-51
• 第五章 四旋翼無(wú)人飛行器基于反步法的自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)51-71
• 5.1 自適應(yīng)控制51-53
• 5.1.1 自適應(yīng)技術(shù)的定義和三要素51-52
• 5.1.2 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)52
• 5.1.3 自校正控制系統(tǒng)52-53
• 5.2 四旋翼無(wú)人飛行器位置環(huán)上的反步自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)53-56
• 5.3 四旋翼無(wú)人飛行器自適應(yīng)定點(diǎn)飛行仿真56-60
• 5.4 四旋翼無(wú)人飛行器姿態(tài)環(huán)的反步自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)60-62
• 5.5 四旋翼無(wú)人飛行器自適應(yīng)路徑跟蹤仿真62-70
• 5.6 小結(jié)70-71
• 第六章 基于反步法的四旋翼飛行器的定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)71-81
• 6.1 Qball-X4飛行平臺(tái)介紹71-74
• 6.2 基于反步法設(shè)計(jì)的四旋翼無(wú)人飛行控制器的定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn)74-79
• 6.3 小結(jié)79-81
• 第七章 總結(jié)與展望81-83
• 7.1 工作總結(jié)81-82
• 7.2 進(jìn)一步的工作和研究展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明87-89
• 致謝89

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 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)：658839