本文關(guān)鍵詞：小型無人機(jī)姿態(tài)控制律設(shè)計及仿真研究

  更多相關(guān)文章： 無人機(jī) 姿態(tài)控制 PID控制 蜂群算法 半實物仿真

【摘要】：近一個世紀(jì)以來,無人機(jī)分別在軍、民與科研等范疇內(nèi)發(fā)揮了越來越大的作用。由于無人機(jī)具有廣泛的應(yīng)用價值,使其成為當(dāng)今世界發(fā)展的熱點,目前正在向低成本小型化的方向發(fā)展。無人機(jī)的各種姿態(tài)控制都是需要依靠無人機(jī)自動駕駛儀來完成的,因此對無人機(jī)自動駕駛儀控制律的設(shè)計對促進(jìn)無人機(jī)事業(yè)的成長有著極其重大的實際意義。本文以某小型固定翼無人機(jī)為研究對象,詳細(xì)討論了無人機(jī)飛行時數(shù)學(xué)模型的建立過程,并且在基準(zhǔn)狀態(tài)點下線性化。然后通過對飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理的分析,分別設(shè)計了縱向姿態(tài)運(yùn)動和橫側(cè)向姿態(tài)運(yùn)動的控制策略。此后,在通過對蜂群算法的深入研究之后將其進(jìn)行改進(jìn),把改進(jìn)型蜂群算法應(yīng)用到PID控制器的參數(shù)優(yōu)化當(dāng)中,并分別對俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航三種姿態(tài)進(jìn)行控制律的設(shè)計及仿真的研究。本課題是以慣性導(dǎo)航自動駕駛儀APM2.5作為軟硬件平臺進(jìn)行研究,著重分析了APM2.5的硬件配置和選型,并且對主程序及主要操作部件的控制程序進(jìn)行深入的研究。最后,通過X-Plane、Mission Planner和APM2.5為主要部分建立半實物仿真平臺,規(guī)劃飛行路線進(jìn)行試驗,通過試驗結(jié)果證明本文所設(shè)計控制律的可靠性及正確性。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 姿態(tài)控制 PID控制 蜂群算法 半實物仿真
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;TP391.9
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 選題背景及意義11-12
• 1.2 飛行控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 PID參數(shù)整定優(yōu)化方法概述13-14
• 1.4 蜂群算法概述14
• 1.5 本文主要研究的內(nèi)容及各個章節(jié)的安排14-16
• 第2章 小型無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其線性化16-31
• 2.1 小型無人機(jī)平臺16-17
• 2.2 假設(shè)條件17
• 2.3 小型無人機(jī)空間飛行運(yùn)動的表示17-22
• 2.3.1 常用坐標(biāo)系的定義17-18
• 2.3.2 無人機(jī)飛行運(yùn)動參數(shù)簡介18-20
• 2.3.3 坐標(biāo)軸系之間的相互轉(zhuǎn)換20-22
• 2.4 無人機(jī)數(shù)學(xué)模型22-26
• 2.4.1 作用在無人機(jī)上的力與力矩分析22-24
• 2.4.2 無人機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.5 無人機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型的線性化26-28
• 2.6 無人機(jī)狀態(tài)點的設(shè)計及分析28-30
• 2.6.1 縱向姿態(tài)運(yùn)動28-29
• 2.6.2 橫側(cè)向姿態(tài)運(yùn)動29-30
• 2.7 本章小結(jié)30-31
• 第3章 小型無人機(jī)姿態(tài)控制律設(shè)計及仿真31-51
• 3.1 小型無人機(jī)飛行控制策略設(shè)計31-36
• 3.1.1 飛行控制系統(tǒng)31-32
• 3.1.2 縱向姿態(tài)運(yùn)動控制策略32-34
• 3.1.3 橫側(cè)向姿態(tài)運(yùn)動控制策略34-36
• 3.2 基于改進(jìn)型蜂群算法的PID控制器參數(shù)優(yōu)化36-42
• 3.2.1 PID控制及參數(shù)優(yōu)化37
• 3.2.2 蜂群算法及其改進(jìn)思想37-40
• 3.2.3 基于改進(jìn)型蜂群算法的PID控制器的設(shè)計40-42
• 3.3 基于改進(jìn)型蜂群算法的控制律設(shè)計及仿真42-49
• 3.3.1 俯仰姿態(tài)控制律設(shè)計及仿真42-45
• 3.3.2 滾轉(zhuǎn)姿態(tài)控制律設(shè)計及仿真45-48
• 3.3.3 偏航姿態(tài)控制律設(shè)計及仿真48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 飛行控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計51-64
• 4.1 飛行控制系統(tǒng)的工作原理及功能51-52
• 4.2 APM開源自動駕駛儀的硬件組成52-57
• 4.2.1 APM開源自動駕駛儀簡介52-53
• 4.2.2 APM自動駕駛儀的硬件構(gòu)成53-54
• 4.2.3 APM2.5 主要部件選型54-57
• 4.3 軟件設(shè)計57-61
• 4.3.1 APM2.5 的軟件開發(fā)環(huán)境簡介57-58
• 4.3.2 飛行控制系統(tǒng)軟件部分的總體框架58
• 4.3.3 APM2.5 的控制方式58-59
• 4.3.4 APM2.5 飛行控制的主程序解析59-61
• 4.4 各個舵機(jī)和油門的程序控制61-63
• 4.4.1 升降舵61-62
• 4.4.2 副翼舵62
• 4.4.3 方向舵62
• 4.4.4 油門開度62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第5章 小型無人機(jī)的半實物仿真試驗64-72
• 5.1 X-Plane簡介64-65
• 5.2 地面站系統(tǒng)及Mission Planner簡介65-66
• 5.2.1 地面站65
• 5.2.2 Mission Planner65-66
• 5.3 半實物仿真平臺設(shè)計66-69
• 5.3.1 需求分析66-67
• 5.3.2 建立半實物仿真平臺67-68
• 5.3.3 UDP通信協(xié)議的設(shè)置68-69
• 5.4 仿真試驗的運(yùn)行步驟及結(jié)果分析69-71
• 5.4.1 半實物仿真運(yùn)行步驟69-70
• 5.4.2 結(jié)果與分析70-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)術(shù)論文78

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白陽;國內(nèi)首次采用現(xiàn)代控制理論設(shè)計的控制律通過評審[J];航空科學(xué)技術(shù);2003年04期

2 王美仙;李明;張子軍;;飛行器控制律設(shè)計方法發(fā)展綜述[J];飛行力學(xué);2007年02期

3 段麗娟;吳成富;張聞乾;陳懷民;;基于序列二次規(guī)劃算法的控制律尋優(yōu)設(shè)計[J];火力與指揮控制;2009年01期

4 李曉云;姜蒼華;段廣仁;;一類質(zhì)心突變飛行器的姿態(tài)控制律重構(gòu)設(shè)計[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2009年02期

5 吳春英;李立紅;田青來;;自動油門控制律的仿真設(shè)計[J];航空計算技術(shù);2011年03期

6 王首斌;王新民;李儼;;模型參考自適應(yīng)電傳飛行控制系統(tǒng)縱向控制律設(shè)計[J];火力與指揮控制;2012年03期

7 賀磊;孫秀霞;董文瀚;李大東;;重裝空投系統(tǒng)的動力學(xué)建模與控制律設(shè)計[J];計算機(jī)應(yīng)用;2012年11期

8 馮福沁;張勝修;曹立佳;王林旭;;帶末端角約束的躍升俯沖攻擊控制律設(shè)計[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2012年29期

9 盧叔全;關(guān)于奈魁斯特準(zhǔn)則在多輸入、多輸出系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用問題[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;1985年01期

10 王衛(wèi)平,顧仲權(quán),朱德懋;顫振主動抑制控制律的研究[J];航空學(xué)報;1986年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱妍;景海峰;高亞奎;;空客飛機(jī)電傳控制律設(shè)計分析[A];大型飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)高層論壇暨中國航空學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

2 劉家學(xué);顧海波;;新舟60飛機(jī)高度保持控制律設(shè)計[A];2008’“先進(jìn)集成技術(shù)”院士論壇暨第二屆儀表、自動化與先進(jìn)集成技術(shù)大會論文集[C];2008年

3 楊寶慶;賀風(fēng)華;姚郁;;基于預(yù)測控制方法的姿控發(fā)動機(jī)開關(guān)控制律的設(shè)計[A];第二十七屆中國控制會議論文集[C];2008年

4 李曉云;姜蒼華;段廣仁;;分導(dǎo)飛行器的載荷釋放失效在線檢測及控制律重構(gòu)[A];第二十七屆中國控制會議論文集[C];2008年

5 耿少鋒;;極點配置在飛機(jī)控制律設(shè)計中的應(yīng)用[A];中國航空學(xué)會控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

6 吳志剛;楊超;;主動氣動彈性機(jī)翼顫振主動抑制控制律設(shè)計與分析[A];第七屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2001年

7 張晨曦;樊鵬輝;王新華;蔡開元;;可垂直起降和高速前飛飛行器模態(tài)轉(zhuǎn)換控制律設(shè)計[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

8 李明;張汝麟;;我國飛機(jī)主動控制技術(shù)的開發(fā)與驗證[A];錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想與力學(xué)論文集[C];2001年

9 蔡開元;張磊;;模糊狀態(tài)控制律可控性問題[A];中國系統(tǒng)工程學(xué)會模糊數(shù)學(xué)與模糊系統(tǒng)委員會第十一屆年會論文選集[C];2002年

10 邵珂;吳志剛;楊超;;基于神經(jīng)模糊理論的陣風(fēng)響應(yīng)減緩控制律研究[A];第十一屆全國空氣彈性學(xué)術(shù)交流會會議論文集[C];2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 龔正;先進(jìn)飛行器非定常氣動力建模、控制律設(shè)計及驗證方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

2 吳第e，

本文編號：892751