本文關鍵詞：基于模糊PID控制的四旋翼飛行器設計

  更多相關文章： 四旋翼飛行器 互補濾波算法 模糊PID算法 實驗測試

【摘要】：因為四旋翼無人機自身所帶的種種優(yōu)點,例如它的成本比較低以及高度的智能化發(fā)展,使其在社會受到的關注度和使用量越來越高。雖然現(xiàn)今的飛行器已經開發(fā)了很多的額外功能,但是飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定性依舊是飛行控制器的重要研究課題,是保障飛行器基本工作的主要因素,本設計在已有的研究成果的基礎上,對飛行器穩(wěn)定性控制進行了研究改進和實驗測試,主要完成的工作如下:互補濾波算法濾除姿態(tài)角噪聲:依據(jù)捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的姿態(tài)和原理,得到了飛行器姿態(tài)角以及姿態(tài)矩陣,為后續(xù)的姿態(tài)的計算供應理論前提。為了減弱傳感器輸出數(shù)值噪聲,使用了互補濾波算法進行濾除,得出的輸出數(shù)值更加可靠,從而提高姿態(tài)解算的準確性,最后驗證算法的可行性,結果表明互補濾波算法與已有的穩(wěn)定飛行器解算出姿態(tài)角波形曲線對比誤差極小,證明算法對姿態(tài)角具有修正性,解算出的姿態(tài)角作為系統(tǒng)控制的輸入值可靠性較高。姿態(tài)角的模糊控制算法:傳統(tǒng)的PID控制算法對于飛行器姿態(tài)角的穩(wěn)定性有很大的缺陷,很容易造成墜機,本設計使用了模糊PID控制(fuzzy PID),將模糊控制和經典的PID進行了仿真對比,根據(jù)仿真出的結果,分析之后可以得到模糊PID控制算法下得出的波形穩(wěn)定性效果要遠遠的好于傳統(tǒng)上的PID控制算法。飛行器測試實驗:為了進一步驗證設計中的兩個算法是否能夠真實控制飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定性,搭建了實驗的平臺進行了測試實驗。對實驗平臺的硬件模塊和功能做了說明,軟件設計部分給出了飛控系統(tǒng)驅動流程圖、飛行控制的整體流程圖以及傳感器數(shù)據(jù)采集的流程圖。實驗過程中通過軟件調試工具記錄實驗平臺中控制器角度的變化數(shù)據(jù),并通過電腦實時顯示數(shù)據(jù)的波動情況,實驗結果表明算法對姿態(tài)控制具有較好的效果。
【關鍵詞】：四旋翼飛行器 互補濾波算法 模糊PID算法 實驗測試
【學位授予單位】：曲阜師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-12
• 1.1 研究背景及目的與意義7
• 1.2 國內外發(fā)展與研究現(xiàn)狀7-10
• 1.3 本文主要內容與章節(jié)結構10-12
• 第2章 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的原理12-20
• 2.1 飛行器捷聯(lián)式慣性導航姿態(tài)描述12-15
• 2.1.1 地球參考模型12-13
• 2.1.2 常用坐標系13-15
• 2.2 慣性導航系統(tǒng)原理15-19
• 2.2.1 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的原理15
• 2.2.2 姿態(tài)角和姿態(tài)矩陣15-17
• 2.2.3 解算導航的方法-四元數(shù)17-19
• 2.3 本章小結19-20
• 第3章 慣性導航系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的處理20-28
• 3.1 傳感器數(shù)據(jù)誤差來源20-21
• 3.2 互補濾波補償方法21-23
• 3.2.1 傳感器輸出噪聲21-22
• 3.2.2 互補濾波補償算法22-23
• 3.3 互補濾波算法仿真驗證23-26
• 3.4 本章小結26-28
• 第4章 四旋翼飛行器的模糊控制與仿真28-40
• 4.1 四旋翼飛行器力學控制原理28-30
• 4.1.1 四旋翼飛行器的力學結構解析28
• 4.1.2 四旋翼飛行器的力學控制原理28-30
• 4.2 四旋翼飛行器運動學建模30-32
• 4.2.1 直流電機和螺旋槳轉動模型30
• 4.2.2 四旋翼飛行器的非線性運動模型30-31
• 4.2.3 四旋翼飛行器的線性運動模型31-32
• 4.2.4 四旋翼飛行器的運動模型的離散化處理32
• 4.3 PID和模糊控制算法理論32-36
• 4.3.1 傳統(tǒng)PID控制理論32-34
• 4.3.2 模糊控制理論34-36
• 4.4 四旋翼飛行器PID模糊控制器模型仿真36-39
• 4.4.1 傳統(tǒng)PID控制器的SIMULINK建模36-38
• 4.4.2 模糊控制器的SIMULINK建模38-39
• 4.5 本章小結39-40
• 第5章 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設計和實驗測試40-52
• 5.1 四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)硬件設計40-44
• 5.1.1 主控模塊的設計41
• 5.1.2 慣性測量單元模塊設計41-42
• 5.1.3 數(shù)據(jù)通信模塊設計42-43
• 5.1.4 動力模塊設計43-44
• 5.2 四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)軟件設計44-47
• 5.2.1 飛行控制系統(tǒng)軟件結構44-46
• 5.2.2 中斷姿態(tài)解算控制流程圖46-47
• 5.3 系統(tǒng)實驗及結果分析47-51
• 5.3.1 姿態(tài)解算準確性測試47-49
• 5.3.2 姿態(tài)控制準確性測試49-50
• 5.3.3 飛機飛行測試50-51
• 5.4 本章小結51-52
• 第6章 總結與展望52-53
• 參考文獻53-56
• 在讀期間發(fā)表的學術論文及研究成果56-57
• 致謝57

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7 鄧寅U，

本文編號：856040