本文關(guān)鍵詞：“牧羊”旋翼無人機控制策略研究及實現(xiàn)

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【摘要】：旋翼無人機因其飛行靈活、安全性好等獨特性能,使其在目標(biāo)搜索與目標(biāo)跟蹤控制等方面發(fā)揮著重要作用,旋翼無人機依靠機載傳感器完成跟蹤控制任務(wù)也逐漸成為研究熱點。本文以國際空中機器人大賽第7代任務(wù)為背景,主要研究復(fù)雜環(huán)境下自主旋翼無人機對地運動目標(biāo)控制策略,旋翼無人機通過機載傳感器搜索地面目標(biāo),跟蹤并控制地面目標(biāo),同時躲避移動障礙物。首先,為了提高比賽效率,減少飛行危險,搭建了基于分布式體系結(jié)構(gòu)的牧羊任務(wù)真實環(huán)境仿真平臺。在分析比賽規(guī)則和系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上,確定了仿真平臺功能;建立了地面運動目標(biāo)和障礙物運動模型;結(jié)合OpenGL支持跨平臺編程的優(yōu)點搭建了牧羊仿真平臺并分析了仿真平臺的技術(shù)特點。其次,針對無人機多耦合、欠驅(qū)動、非線性的特點建立了無人機的動力學(xué)模型,并且基于PID控制算法設(shè)計了無人機雙環(huán)PID控制器:內(nèi)環(huán)姿態(tài)控制和外環(huán)位置控制。懸停實驗和循跡實驗驗證雙環(huán)PID控制算法能夠保證旋翼無人機的穩(wěn)定飛行,達到完成比賽任務(wù)具備的條件。再次,提出一套基于視覺信息的旋翼無人機對地運動目標(biāo)控制策略。針對地面多目標(biāo)問題研究了基于分區(qū)決策樹的多目標(biāo)分類方法,通過對多目標(biāo)分類確定被跟蹤目標(biāo);針對視覺跟蹤可能丟失目標(biāo)的問題,設(shè)計基于目標(biāo)軌跡預(yù)測與變高搜索跟蹤的旋翼無人機對地目標(biāo)跟蹤策略;針對比賽快速準(zhǔn)確攔截地面目標(biāo)的要求,設(shè)計基于地面目標(biāo)和旋翼無人機運動學(xué)模型的無人機攔截策略;針對傳統(tǒng)人工勢場法避障效果差的問題設(shè)計了基于改進人工勢場法和切線繞圓法的無人機避障策略,并通過實驗驗證該方法的有效性。最后,對控制策略進行仿真和飛行實驗驗證�；谀裂蚍抡嫫脚_以及牧羊控制系統(tǒng)平臺進行跟蹤控制仿真實驗和實際飛行控制實驗,驗證了無人機對地面目標(biāo)的控制策略的可行性和準(zhǔn)確性;通過實際飛行避障實驗驗證避障算法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：旋翼無人機 多目標(biāo)跟蹤 控制策略 仿真平臺 無人機避障
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 論文研究背景及意義10-11
• 1.2 旋翼無人機對地目標(biāo)控制策略研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀綜述14-15
• 1.3 論文的主要工作安排15-16
• 第二章 牧羊仿真平臺與牧羊控制系統(tǒng)平臺16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 牧羊仿真平臺16-21
• 2.2.1 牧羊規(guī)則分析16-18
• 2.2.2 系統(tǒng)需求分析18-19
• 2.2.3 技術(shù)特點19-20
• 2.2.4 地面目標(biāo)以及障礙物運動學(xué)模型20
• 2.2.5 仿真平臺實現(xiàn)20-21
• 2.3 牧羊旋翼無人機硬件平臺21-25
• 2.4 牧羊控制系統(tǒng)軟件平臺25-27
• 2.4.1 控制系統(tǒng)軟件環(huán)境25-26
• 2.4.2 控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 牧羊旋翼無人機控制算法研究28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 牧羊旋翼無人機對地目標(biāo)控制工作原理28-30
• 3.3 牧羊旋翼無人機動力學(xué)模型30-35
• 3.4 牧羊旋翼無人機控制算法35-40
• 3.4.1 旋翼無人機控制算法選取35-36
• 3.4.2 旋翼無人機姿態(tài)角控制算法36-38
• 3.4.3 旋翼無人機位置控制算法38-40
• 3.5 控制算法驗證40-43
• 3.5.1 懸停實驗40-42
• 3.5.2 循跡實驗42-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 牧羊旋翼無人機對地運動目標(biāo)控制策略44-66
• 4.1 引言44
• 4.2 牧羊旋翼無人機行為分析44-45
• 4.3 牧羊旋翼無人機避障方法研究45-53
• 4.3.1 避障算法分析與選取45-46
• 4.3.2 動態(tài)障礙物位置提取46-49
• 4.3.3 旋翼無人機避障策略49-51
• 4.3.4 仿真實驗及分析51-53
• 4.4 多運動目標(biāo)搜索策略53-54
• 4.5 跟蹤目標(biāo)選擇策略54-57
• 4.6 牧羊旋翼無人機對地面運動跟蹤策略57-63
• 4.6.1 目標(biāo)識別與定位57-60
• 4.6.2 地面運動目標(biāo)預(yù)測模型60-61
• 4.6.3 運動目標(biāo)跟蹤策略61-63
• 4.7 牧羊旋翼無人機對地運動目標(biāo)攔截策略63-65
• 4.8 本章小結(jié)65-66
• 第五章 實驗與結(jié)果分析66-71
• 5.1 引言66
• 5.2 控制策略仿真實驗66-67
• 5.3 跟蹤控制飛行實驗67-69
• 5.4 避障實驗69-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻72-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的學(xué)術(shù)活動77

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本文編號：695233