本文關(guān)鍵詞：多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤控制技術(shù)研究

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【摘要】：近年來,多旋翼無人直升機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、飛行穩(wěn)定等特點(diǎn),在軍用和民用領(lǐng)域已有較為廣泛的應(yīng)用。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,對多旋翼無人直升機(jī)的自主性提出了更高的要求。本文以小型多旋翼無人直升機(jī)為試驗平臺,圍繞自主跟蹤指定目標(biāo)這一要求,設(shè)計了一套多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)。首先,根據(jù)四旋翼無人直升機(jī)的飛行原理,建立了數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計了基于PID算法的姿態(tài)回路和軌跡回路控制律。通過仿真驗證了控制策略的有效性,該控制律滿足在工程實現(xiàn)中對軌跡控制的需求。其次,以實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和自主飛行控制功能為目標(biāo),提出了硬件總體方案;為提高圖像處理的效率,重點(diǎn)設(shè)計了基于機(jī)載圖像處理器的硬件模塊選型以及通信接口;同時,給出了飛控系統(tǒng)的主控模塊、傳感器模塊和避障模塊的設(shè)計;另外,為保護(hù)整合后的系統(tǒng)硬件,提出了多旋翼無人直升機(jī)安全飛行措施。然后,設(shè)計了基于系統(tǒng)硬件的多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)軟件總體流程;按照功能需求,重點(diǎn)設(shè)計了基于Hu矩匹配的目標(biāo)識別功能和基于軌跡預(yù)測的目標(biāo)跟蹤功能;同時,為提高系統(tǒng)的自主性,設(shè)計了一鍵自主起飛、自主避障等功能模塊;完成了模塊之間的通信協(xié)議設(shè)計。最后,將系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分整合,對系統(tǒng)的自主飛行和目標(biāo)跟蹤功能進(jìn)行了試飛驗證。實驗結(jié)果表明,本文所設(shè)計的多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定的自主飛行能力,同時可實現(xiàn)對運(yùn)動目標(biāo)的高精度實時跟蹤,具有較好的系統(tǒng)可靠性,對不同的多旋翼無人機(jī)機(jī)型具有普適性。
【關(guān)鍵詞】：多旋翼無人直升機(jī) 機(jī)載圖像處理 目標(biāo)跟蹤 自主避障 飛行控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀分析14-19
• 1.2.1 多旋翼無人直升機(jī)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文研究內(nèi)容19-20
• 第二章 四旋翼無人直升機(jī)建模與控制律設(shè)計20-31
• 2.1 四旋翼無人直升機(jī)飛行動力學(xué)模型的建立20-25
• 2.1.1 四旋翼無人直升機(jī)飛行原理20-22
• 2.1.2 四旋翼無人直升機(jī)動力學(xué)建模22-25
• 2.2 四旋翼無人直升機(jī)控制律設(shè)計25-30
• 2.2.1 姿態(tài)回路控制律設(shè)計25-27
• 2.2.2 軌跡回路控制律設(shè)計27-28
• 2.2.3 仿真結(jié)果分析28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第三章 多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤及控制系統(tǒng)硬件設(shè)計31-52
• 3.1 系統(tǒng)硬件方案總體設(shè)計31-34
• 3.1.1 系統(tǒng)硬件模塊化設(shè)計思路31-32
• 3.1.2 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)32-34
• 3.2 目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)硬件設(shè)計及選型34-37
• 3.2.1 圖像采集模塊選型34-35
• 3.2.2 視覺機(jī)載處理模塊選型及分析35-36
• 3.2.3 目標(biāo)跟蹤模塊通信及電源設(shè)計36-37
• 3.3 飛控系統(tǒng)硬件設(shè)計及選型37-51
• 3.3.1 主控制器模塊選型及分析37-39
• 3.3.2 位姿傳感器模塊選型及電路設(shè)計39-46
• 3.3.3 避障傳感器選型及設(shè)計46-50
• 3.3.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型及安全飛行措施50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤及控制系統(tǒng)軟件設(shè)計52-65
• 4.1 系統(tǒng)軟件方案總體設(shè)計52-53
• 4.2 目標(biāo)識別定位軟件設(shè)計53-58
• 4.2.1 目標(biāo)識別定位原理及分析53-55
• 4.2.2 目標(biāo)識別定位程序設(shè)計55-57
• 4.2.3 圖像處理模塊與飛控系統(tǒng)通信設(shè)計57-58
• 4.3 飛控系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計58-64
• 4.3.1 一鍵起降程序設(shè)計58-59
• 4.3.2 基本飛行模式程序設(shè)計59-60
• 4.3.3 目標(biāo)跟蹤算法及程序設(shè)計60-62
• 4.3.4 自主避障原理及程序設(shè)計62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)飛行驗證及分析65-79
• 5.1 多旋翼無人直升機(jī)自主飛行實驗及分析65-71
• 5.1.1 自主起飛實驗及分析65-67
• 5.1.2 自主避障實驗及分析67-71
• 5.2 多旋翼無人直升機(jī)目標(biāo)跟蹤實驗及分析71-77
• 5.2.1 靜態(tài)目標(biāo)跟蹤實驗及分析72-74
• 5.2.2 移動目標(biāo)跟蹤實驗及分析74-77
• 5.3 本章小結(jié)77-79
• 第六章 總結(jié)與展望79-80
• 6.1 本文工作總結(jié)79
• 6.2 后續(xù)研究展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 致謝84-85
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85-86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：682755