發(fā)布時間：2017-08-12 11:25

  本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人飛行器動力學(xué)建模及控制技術(shù)的研究

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【摘要】：四旋翼無人飛行器是一種外型新穎、性能卓越的旋翼飛行器,具有巨大的軍事和民用價值,引起了眾多國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。而四旋翼無人飛行器本身非線性、強耦合性以及對外界干擾敏感的特點,使得飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計具有很大難度。本文圍繞四旋翼無人飛行器的動力學(xué)建模、控制方案設(shè)計和軟硬件系統(tǒng)設(shè)計等方面開展了一系列研究工作。首先,在分析飛行器的構(gòu)型以及飛行原理的基礎(chǔ)上,對旋翼以及整個機體的空氣動力和動力矩進行具體分析,詳細推導(dǎo)并建立出較為完整的飛行器六自由度非線性數(shù)學(xué)模型,論證了飛行器運動的非線性、強耦合性特點。同時針對飛行器的小角度運動簡化動力學(xué)模型,并通過實驗測試和建立三維模型的方法得到模型中的未知參數(shù),為下一步控制方案設(shè)計奠定基礎(chǔ)。然后,基于建立的動力學(xué)模型和經(jīng)典PID控制算法,設(shè)計飛行器的控制方案。由于飛行器模型中線運動受到角運動的影響,分別設(shè)計位置控制回路和姿態(tài)控制回路,有效解決了運動耦合問題。最后,在飛行控制方案的基礎(chǔ)上,采用模塊化設(shè)計思想將飛行器的軟硬件系統(tǒng)劃分為各個功能子模塊,結(jié)合傳感器的不同特性設(shè)計互補融合濾波算法解算出高精度姿態(tài)角。在飛行實驗中,飛行器分別完成了軌跡跟蹤和穩(wěn)定懸停的自主飛行任務(wù),驗證了本文的動力學(xué)模型和控制方案的有效性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無人飛行器 動力學(xué)模型 PID控制算法 互補融合濾波算法
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 課題的研究背景和意義8-9
• 1.2 歷史回顧及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.3 關(guān)鍵技術(shù)分析15-16
• 1.4 本文的主要工作和結(jié)構(gòu)安排16-17
• 2 四旋翼無人飛行器的動力學(xué)模型17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 飛行器的結(jié)構(gòu)和基本運動形式17-21
• 2.2.1 飛行器結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2.2 基本運動形式18-21
• 2.3 坐標(biāo)系與坐標(biāo)變換21-23
• 2.3.1 坐標(biāo)系建立21-22
• 2.3.2 坐標(biāo)變換22-23
• 2.4 四旋翼無人飛行器動力學(xué)模型的建立23-30
• 2.4.1 空氣動力與力矩23-26
• 2.4.2 動力學(xué)模型建立26-28
• 2.4.3 模型的簡化28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 動力學(xué)模型的參數(shù)測定及控制方案設(shè)計31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 動力學(xué)模型參數(shù)測定31-36
• 3.2.1 轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量31
• 3.2.2 飛行器的轉(zhuǎn)動慣量矩陣31-32
• 3.2.3 旋翼升力總系數(shù)測定32-34
• 3.2.4 旋翼扭矩總系數(shù)測定34-36
• 3.3 四旋翼無人飛行器的控制方案設(shè)計36-40
• 3.3.1 PID控制36-38
• 3.3.2 控制方案設(shè)計分析38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 4 四旋翼無人飛行器硬件平臺搭建41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計41-42
• 4.3 微控制器模塊42
• 4.4 航姿傳感器模塊42-45
• 4.4.1 航姿傳感器的必要性分析42-43
• 4.4.2 陀螺儀和加速度計43-45
• 4.4.3 電子羅盤45
• 4.5 全球定位模塊45-48
• 4.5.1 GPS定位模塊45-47
• 4.5.2 氣壓傳感器47-48
• 4.6 電機控制模塊48-50
• 4.6.1 無刷直流電機48
• 4.6.2 電子調(diào)速器48-49
• 4.6.3 螺旋槳49-50
• 4.7 地面遙控監(jiān)測模塊50-53
• 4.7.1 遙控器和接收機50-51
• 4.7.2 無線通信模塊51-53
• 4.8 本章小結(jié)53-54
• 5 四旋翼無人飛行器軟件設(shè)計及實驗54-76
• 5.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計54-56
• 5.2 姿態(tài)融合算法56-66
• 5.2.1 航姿傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理56-58
• 5.2.2 互補融合濾波算法58-66
• 5.3 GPS和氣壓傳感器數(shù)據(jù)處理66-70
• 5.3.1 GPS數(shù)據(jù)解析66-67
• 5.3.2 氣壓傳感器數(shù)據(jù)處理67-70
• 5.4 地面站通信設(shè)計70-72
• 5.4.1 遙控信號處理70-71
• 5.4.2 無線通信與上位機71-72
• 5.5 室外飛行實驗72-75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 6 總結(jié)與展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-81

【相似文獻】

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[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：661373