本文關(guān)鍵詞：多旋翼飛行器的多傳感器組合導航控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 多旋翼無人飛行器 傳感器誤差校正 信息融合 自適應Kalman濾波 多旋翼飛行器控制

【摘要】：組合導航系統(tǒng)是多旋翼無人飛行器的重要組成部分,是其實現(xiàn)穩(wěn)定自主飛行的基礎。本文以作者所在實驗室設計研制的6軸十二旋翼飛行器為實驗對象,以國家自然基金為資金支撐,對機載多傳感器組合導航系統(tǒng)這一關(guān)鍵技術(shù)展開研究工作。論文結(jié)合多旋翼無人飛行器動力學理論、傳感器誤差建模與校正理論與多信息源數(shù)據(jù)融合理論,針對多旋翼無人飛行器噪聲統(tǒng)計特性、導航信息的需求特點、外部環(huán)境干擾等實際飛行條件,設計了基于多種傳感器的組合導航系統(tǒng),保證飛行姿態(tài)、速度、位置信息的精度和穩(wěn)定度,最后通過飛行試驗,驗證導航系統(tǒng)。論文將從以下幾個方面論述:(1)對多旋翼無人飛行器的動力學特性進行了研究,通過合理的假設與簡化,建立了具有一定實際物理意義的新型多旋翼無人飛行器數(shù)學模型,研究多傳感器組合導航系統(tǒng)信息融合技術(shù)的理論與方法,針對多旋翼無人飛行器動力學上的特性,確定組合導航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu),同時完成力學編排和導航信息解算工作。(2)對主要傳感器的特性和誤差補償進行了研究,建立了確定性誤差和隨機誤差模型,通過橢球擬合法,一次校正多個傳感器的確定性誤差;應用Kalman濾波算法對隨機誤差進行了校正,實驗效果良好。同時針對磁力計誤差的特殊性,設計了一套磁力計校正方法,使用離線空間最小二乘法對控制量變化帶來的羅差進行校正,得到了準確的磁力計數(shù)據(jù)。(3)進行組合導航信息融合技術(shù)的研究,建立信息融合系統(tǒng)數(shù)學模型,針對多旋翼無人飛行器自身擾動特點,設計了導航信息融合結(jié)構(gòu),改進了數(shù)據(jù)融合算法,保證得到的導航信息精確可靠,可以很好地支持無人飛行器自主飛行。(4)研究姿態(tài)穩(wěn)定和軌跡跟蹤控制方法,研究了飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定控制算法,解決了外界未知擾動對飛行姿態(tài)控制效果的影響,有效抵抗外部環(huán)境干擾;分別采用改進前后的組合導航系統(tǒng)進行軌跡跟蹤飛行實驗,完成對導航系統(tǒng)的考核,最終實現(xiàn)無人飛行器自主飛行。在論文的最后,進行了全文工作情況和主要創(chuàng)新點的總結(jié),并對今后進一步的工作進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：多旋翼無人飛行器 傳感器誤差校正 信息融合 自適應Kalman濾波 多旋翼飛行器控制
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 研究背景及研究意義12-14
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀14-24
• 1.2.1 多旋翼無人飛行器研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.2 組合導航系統(tǒng)研究現(xiàn)狀19-24
• 1.3 存在的主要問題24-25
• 1.4 研究目的及研究內(nèi)容25-27
• 1.4.1 研究目的25
• 1.4.2 研究內(nèi)容25-27
• 1.5 本章小結(jié)27-28
• 第2章 動力學模型及融合結(jié)構(gòu)28-44
• 2.1 前言28
• 2.2 Hex-rotor基本結(jié)構(gòu)介紹28-30
• 2.3 參考坐標系30-32
• 2.3.1 參考坐標系定義30-31
• 2.3.2 各個坐標系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系31-32
• 2.4 Hex-rotor無人飛行器運動模型的建立32-36
• 2.4.1 建立飛行器的動力學方程33-35
• 2.4.2 建立飛行器的運動學方程35-36
• 2.5 導航信息融合結(jié)構(gòu)與基本融合算法36-43
• 2.5.1 組合導航信息融合結(jié)構(gòu)36-37
• 2.5.2 力學編排與導航解算37-40
• 2.5.3 組合導航信息融合算法40-43
• 2.6 本章小結(jié)43-44
• 第3章 傳感器特性分析與誤差校正44-66
• 3.1 前言44
• 3.2 傳感器介紹與特性分析44-50
• 3.2.1 數(shù)字陀螺儀45-46
• 3.2.2 加速度計46-47
• 3.2.3 數(shù)字磁力計47-48
• 3.2.4 氣壓高度計48-49
• 3.2.5 激光測距模塊49-50
• 3.3 傳感器誤差分析和校正50-64
• 3.3.1 確定性誤差50-56
• 3.3.2 隨機誤差56-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第4章 導航信息融合66-84
• 4.1 前言66
• 4.2 姿態(tài)信息融合66-75
• 4.2.1 姿態(tài)信息融合結(jié)構(gòu)67
• 4.2.2 姿態(tài)角信息融合系統(tǒng)建模67-68
• 4.2.3 姿態(tài)角信息融合算法的設計68-73
• 4.2.4 姿態(tài)角信息融合試驗與分析73-75
• 4.3 速度和位置信息融合75-83
• 4.3.1 水平方向速度和位置信息融合75-78
• 4.3.2 垂直方向速度和位置信息融合78-83
• 4.4 本章小結(jié)83-84
• 第5章 多旋翼無人飛行器控制系統(tǒng)設計84-100
• 5.1 前言84-85
• 5.2 姿態(tài)穩(wěn)定控制器85-90
• 5.2.1 姿態(tài)控制模型85-86
• 5.2.2 姿態(tài)穩(wěn)定控制算法86-89
• 5.2.3 姿態(tài)角算法仿真89-90
• 5.3 軌跡跟蹤控制器90-97
• 5.3.1 軌跡跟蹤控制模型91
• 5.3.2 軌跡跟蹤控制器設計91-95
• 5.3.3 軌跡跟蹤控制器仿真95-97
• 5.4 實際飛行對比試驗97-99
• 5.4.1 姿態(tài)飛行對比試驗98
• 5.4.2 軌跡跟蹤飛行試驗98-99
• 5.5 本章小結(jié)99-100
• 第6章 總結(jié)與展望100-104
• 6.1 論文工作總結(jié)與主要創(chuàng)新100-101
• 6.2 論文工作展望101-104
• 參考文獻104-114
• 在學期間學術(shù)成果情況114-116
• 指導教師及作者簡介116-118
• 致謝118

【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：737729