本文關(guān)鍵詞：小型固定翼無人機制導(dǎo)系統(tǒng)控制器設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 無人機 導(dǎo)航 姿態(tài)控制 PID 滑模控制

【摘要】：固定翼無人機因其獨特的優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。高品質(zhì)的飛行控制系統(tǒng)是無人機能完成復(fù)雜任務(wù)的關(guān)鍵。制導(dǎo)控制系統(tǒng)是飛行控制系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一,是無人機實現(xiàn)航跡追蹤或目標跟蹤的關(guān)鍵。因此,對控制和制導(dǎo)技術(shù)的研究具有十分重要的意義。目前,主流的制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計方法是將制導(dǎo)和控制的設(shè)計問題分解為外環(huán)的制導(dǎo)和內(nèi)環(huán)控制的設(shè)計問題。主要研究工作是對制導(dǎo)控制器和姿態(tài)控制器進行設(shè)計。姿態(tài)控制器設(shè)計基于PID控制算法,而制導(dǎo)控制器設(shè)計主要基于滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。主要研究內(nèi)容如下:首先對現(xiàn)有的兩種無人機制導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案進行了總結(jié),確定了設(shè)計方案�？偨Y(jié)了無人機姿態(tài)控制和制導(dǎo)技術(shù)的研究現(xiàn)狀,重點分析了PID控制算法和滑模控制算法原理。然后對比分析了無人機不同的轉(zhuǎn)彎方式。重點分析了無人機的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎運動特性,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了滾轉(zhuǎn)通道與俯仰通道的控制律。為了解決控制的振蕩問題,引入了內(nèi)環(huán)角速率反饋。為了便于角速率反饋的引入,將角度控制轉(zhuǎn)換成角速度的控制。在PID控制算法和無人機空氣動力學(xué)特性基礎(chǔ)上,設(shè)計了滾轉(zhuǎn)通道和俯仰通道的姿態(tài)控制器。最后研究了基于滑�？刂频臒o人機導(dǎo)航算法。介紹了直線導(dǎo)航與定點盤旋導(dǎo)航的定義。根據(jù)理想的無人機側(cè)向偏離誤差糾正的運動過程,設(shè)計了滑模面并進行了穩(wěn)定性證明。通過設(shè)計的滑模面和系統(tǒng)運動狀態(tài)方程推導(dǎo)了導(dǎo)航控制律。針對控制律的抖振問題,采用了一個連續(xù)控制量來替代開關(guān)控制量。設(shè)計的控制律的穩(wěn)定性采用李雅普諾夫理論進行了證明。飛行測試結(jié)果表明,設(shè)計的姿態(tài)控制器控制精度在2度左右,響應(yīng)快,超調(diào)小。設(shè)計的導(dǎo)航控制器有效削弱了抖振,控制精度在三米左右。
【關(guān)鍵詞】：無人機 導(dǎo)航 姿態(tài)控制 PID 滑�？刂�
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.3
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 研究內(nèi)容13-15
• 2 無人機控制算法研究15-26
• 2.1 PID控制算法15-18
• 2.1.1 PID控制原理15-16
• 2.1.2 位置式PID控制算法16-18
• 2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制算法18-25
• 2.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理19-21
• 2.2.2 滑模控制器的設(shè)計方法21-23
• 2.2.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制的關(guān)鍵問題23-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 無人機姿態(tài)控制器設(shè)計26-39
• 3.1 無人機橫側(cè)向姿態(tài)控制器設(shè)計26-32
• 3.1.1 控制律26-30
• 3.1.2 滾轉(zhuǎn)角控制器設(shè)計30-32
• 3.2 無人機俯仰角控制器設(shè)計32-35
• 3.2.1 控制律32-34
• 3.2.2 俯仰角控制器設(shè)計34-35
• 3.3 實驗結(jié)果及分析35-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 基于滑�？刂频臒o人機制導(dǎo)控制器設(shè)計39-57
• 4.1 相關(guān)工作原理39-42
• 4.1.1 導(dǎo)航問題定義39-41
• 4.1.2 系統(tǒng)運動狀態(tài)方程41-42
• 4.2 導(dǎo)航控制器設(shè)計42-50
• 4.2.1 滑�？刂评碚�42-43
• 4.2.2 滑模面設(shè)計43-46
• 4.2.3 控制律設(shè)計46-50
• 4.3 實驗結(jié)果及分析50-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 5 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-64
• 附錄64
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利64
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目64

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