本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器控制算法的設(shè)計與研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 線性化 PD控制 線性二次型調(diào)節(jié)器

【摘要】：四旋翼飛行器的體積小、易隱蔽、重量輕,功耗低,機(jī)械構(gòu)造簡單,容錯能力強(qiáng)等優(yōu)點使得四旋翼飛行器具有較廣泛的應(yīng)用范圍。但是,與此同時四旋翼飛行器系統(tǒng)也具有非線性、強(qiáng)耦合性和欠驅(qū)動的特性,這給系統(tǒng)的控制帶來了一定的困難。介紹了四旋翼飛行器的研究意義和背景,給出了飛行器的飛行原理、四旋翼飛行器的發(fā)展經(jīng)過,詳細(xì)分析和介紹了近幾年國內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀,包括主要的研究領(lǐng)域和應(yīng)用在四旋翼飛行器控制中的常見的控制方法。為了完成四旋翼飛行器的懸停和勻速飛行的任務(wù),對比分析了幾種姿態(tài)表示方法的優(yōu)劣,基于文中飛行器的控制姿態(tài)角都在小角度范圍內(nèi),選擇了適合的歐拉角表示法,建立了相應(yīng)坐標(biāo)系,并以此為基礎(chǔ)對四旋翼飛行器系統(tǒng)建模。因為非線性系統(tǒng)控制具有一定的困難,所以在實現(xiàn)四旋翼飛行器由初始狀態(tài)運(yùn)動到指定的位置并在該點懸停的任務(wù)時,選擇了將飛行器系統(tǒng)近似線性化的方法。將四旋翼飛行器系統(tǒng)進(jìn)行近似線性化,對線性化后的系統(tǒng)采用幾種線性控制方法,包括PD方法,極點配置法和線性二次型調(diào)節(jié)器最優(yōu)設(shè)計法(LQR:Linear Quadratic Regulator)。通過Simulink仿真對比了以上幾種線性控制方法應(yīng)用在飛行器系統(tǒng)中得到的效果,并驗證了近似線性化方法的有效性,最后將PD控制方法應(yīng)用到四旋翼飛行器的實驗中。采用雙閉環(huán)的結(jié)構(gòu)對飛行器系統(tǒng)進(jìn)行控制,實現(xiàn)飛行器的勻速飛行。兩個控制環(huán)分別為內(nèi)環(huán)角度環(huán)和外環(huán)速度環(huán),對內(nèi)環(huán)選用精確反饋線性化的方法,將內(nèi)環(huán)得到的輸出作為外環(huán)系統(tǒng)的控制輸入,實現(xiàn)外環(huán)的控制。對內(nèi)環(huán)姿態(tài)角系統(tǒng)、外環(huán)速度系統(tǒng)、四旋翼飛行器整體系統(tǒng)分別進(jìn)行了仿真,驗證了各自的穩(wěn)定性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 線性化 PD控制 線性二次型調(diào)節(jié)器
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 選題背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)10-16
• 1.2.1 四旋翼飛行器的發(fā)展歷程10
• 1.2.2 四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容和方法16
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 四旋翼飛行器的建模18-22
• 2.1 四旋翼飛行器的基本工作原理18-19
• 2.2 四旋翼飛行器的建模19-21
• 2.2.1 四旋翼飛行器姿態(tài)表示方法20
• 2.2.2 定義坐標(biāo)系20
• 2.2.3 四旋翼飛行器的力學(xué)模型20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 基于近似線性化方法的四旋翼飛行器的懸�？刂�22-40
• 3.1 四旋翼飛行器模型的近似線性化22-26
• 3.2 四旋翼飛行器的PD控制26-30
• 3.2.1 高度的PD控制26-28
• 3.2.2 偏航角的PD控制28-30
• 3.3 四旋翼飛行器的極點配置方法30-33
• 3.4 四旋翼飛行器的線性二次型最優(yōu)設(shè)計33-37
• 3.5 性能指標(biāo)對比37-38
• 3.5.1 PD控制算法和LQR控制算法對比37
• 3.5.2 極點配置方法和LQR控制算法對比37-38
• 3.6 四旋翼飛行器實驗38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第4章 四旋翼飛行器的反饋線性化控制40-66
• 4.1 四旋翼飛行器的仿射非線性模型40-41
• 4.2 四旋翼飛行器模型的相對階41-48
• 4.2.1 四旋翼飛行器系統(tǒng)的相對階41-44
• 4.2.2 用動態(tài)擴(kuò)充算法求四旋翼飛行器系統(tǒng)的相對階44-48
• 4.3 四旋翼飛行器基于內(nèi)外雙控制環(huán)的反饋線性化算法48-65
• 4.3.1 四旋翼飛行器外環(huán)系統(tǒng)的控制49-53
• 4.3.2 四旋翼飛行器內(nèi)環(huán)系統(tǒng)的反饋線性化設(shè)計53-62
• 4.3.3 四旋翼飛行器系統(tǒng)反饋線性化控制仿真結(jié)果62-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 總結(jié)與展望66-67
• 5.1 總結(jié)66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 致謝72

【相似文獻(xiàn)】

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(hù)[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：700391