本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機的姿態(tài)估計與控制研究

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【摘要】：在緊急救援中,利用四旋翼無人機的自主飛行功能,可高效低成本地向救援現(xiàn)場運送物資。受限于飛行器控制精度、能耗等因素,四旋翼無人機一直沒能在救援任務(wù)中得到廣泛的應(yīng)用。近幾年,隨著科技的發(fā)展和進步,四旋翼無人機綜合了控制、傳感器、電子信息、定位技術(shù),在整機結(jié)構(gòu)及材料、重量及制造工藝等方面有了很大的提升,使四旋翼無人機在急救物資運輸領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。本文主要對小型四旋翼無人機進行一些研究,以期對其在未來實際應(yīng)用提供一些幫助。所做的研究工作和完成結(jié)果總結(jié)如下:(1)本文分析了四旋翼無人機的研究成果及文獻資料,介紹了四旋翼無人機的“進化史”以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。闡述了小型無人機的核心技術(shù)以及現(xiàn)階段的技術(shù)瓶頸。(2)根據(jù)四旋翼無人機六個自由度姿態(tài)的運行原理,分析了動力裝置的受力情況,建立了飛行器的動力系統(tǒng)模型。結(jié)合飛行姿態(tài)解算理論,分別闡述了基于歐拉角算法和四元數(shù)算法的姿態(tài)解算模型。(3)本文根據(jù)四旋翼無人機應(yīng)用需求和機械結(jié)構(gòu),并結(jié)合飛行器控制原理,設(shè)計了飛行器控制硬件系統(tǒng),選擇飛行器架構(gòu)并完成了整個飛行器樣機的搭建。(4)鑒于四旋翼無人機姿態(tài)采集模塊的誤差,提出基于非線性互補濾波器的姿態(tài)估計算法。對比EKF(擴展卡爾曼濾波器)濾波算法,該算法不僅在運行速度上有優(yōu)勢,而且更易于在飛控微處理器上實現(xiàn)。(5)根據(jù)飛行器動力學(xué)模型和姿態(tài)估計算法,分別提出了基于PID、PID-PI嵌套控制算法和反演的滑模控制算法,并對各算法的控制效果進行了對比分析。最后,本文進行了飛行器各個姿態(tài)的試飛以及定高懸停測試。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無人機 姿態(tài)估計 互補濾波 PID控制
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(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
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題的研究背景及意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 無人機控制器研究進展15-18
• 1.3.1 無人機的技術(shù)核心15-16
• 1.3.2 主要研究方法進展16-18
• 1.4 論文主要研究方向18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 第2章 四旋翼無人機的姿態(tài)解算與動力學(xué)模型19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 四旋翼無人機的結(jié)構(gòu)和原理19-22
• 2.3 四旋翼無人機的飛行姿態(tài)解算模型22-25
• 2.3.1 參考坐標系22-23
• 2.3.2 歐拉角姿態(tài)解算模型23-24
• 2.3.3 四元數(shù)姿態(tài)解算模型24-25
• 2.4 動力學(xué)方程25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 四旋翼無人機的結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 四旋翼無人機的設(shè)計需求和樣機結(jié)構(gòu)28-29
• 3.3 四旋翼無人機控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計29-39
• 3.3.1 主控模塊30-31
• 3.3.2 姿態(tài)采集傳感器模塊31-35
• 3.3.3 無線通信以及遙控信號接收模塊35-36
• 3.3.4 電源模塊36-37
• 3.3.5 動力裝置模塊37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 四旋翼無人機的姿態(tài)解算濾波算法研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 飛行姿態(tài)采集誤差來源分析40-43
• 4.2.1 傳感器自身誤差40-42
• 4.2.2 系統(tǒng)誤差42-43
• 4.3 姿態(tài)解算中的濾波算法43-49
• 4.3.1 互補濾波器原理43-44
• 4.3.2 非線性互補濾波器原理44-46
• 4.3.3 非線性互補濾波基于四元數(shù)解算模型的實現(xiàn)46-48
• 4.3.4 基于非線性互補濾波與擴展卡爾曼濾波的姿態(tài)估計比較48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 四旋翼無人機控制器的設(shè)計與飛行測試50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 控制模型50-51
• 5.3 基于PID的控制器設(shè)計51-54
• 5.3.1 基于PID的姿態(tài)控制器設(shè)計52-53
• 5.3.2 基于PID控制的仿真53-54
• 5.4 基于PID-PI的控制器設(shè)計54-56
• 5.4.1 基于PID-PI姿態(tài)控制器設(shè)計54-55
• 5.4.2 基于PID-PI控制的仿真55-56
• 5.5 基于反演滑模控制56-58
• 5.5.1 基于反演滑模的姿態(tài)控制器設(shè)計56-57
• 5.5.2 基于反演滑�？刂频姆抡�57-58
• 5.6 四旋翼無人機的飛行調(diào)試58-61
• 5.6.1 軟件設(shè)計58-59
• 5.6.2 飛行測試59-61
• 5.7 小結(jié)61-62
• 第6章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62
• 6.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-70
• 附錄70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：798270