本文關(guān)鍵詞：基于多傳感器信息融合的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 四旋翼無(wú)人機(jī) 信息融合 姿態(tài)解算 線性二次型控制 PID控制

【摘要】：四旋翼無(wú)人機(jī)(Quad-Rotor)具有垂直起降、自主懸停、倒飛等不同于其它無(wú)人機(jī)(UAV)的特點(diǎn),能輕易進(jìn)入固定翼無(wú)人機(jī)無(wú)法進(jìn)入的狹小空間完成航拍、實(shí)時(shí)監(jiān)控、隱蔽偵查和輔助人質(zhì)營(yíng)救等任務(wù),使得它成為當(dāng)前UAV研究的熱點(diǎn)。由于小型Quad-Rotor的尺寸、重量和載荷的限制,導(dǎo)致其無(wú)法搭載高精度的傳感器進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量,因此獲取高精度姿態(tài)信息很重要。此外,由于Quad-Rotor多進(jìn)行低空、狹小空間的飛行,受到外界環(huán)境干擾因素較多,所以對(duì)其飛行控制系統(tǒng)的研究也很重要。本系統(tǒng)針對(duì)上述問題,主要做了以下研究工作。深入分析了兩種Quad-Rotor的姿態(tài)解算方法以及其特點(diǎn),針對(duì)小型四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)解算數(shù)據(jù)精度低、缺少余度控制、易發(fā)散等問題,設(shè)計(jì)了一種多傳感器融合估計(jì)算法,以此來(lái)解算Quad-Rotor姿態(tài)。為增強(qiáng)Quad-Rotor的飛行穩(wěn)定性,以及系統(tǒng)的魯棒性。以建立的Quad-Rotor系統(tǒng)模型為基礎(chǔ),采用現(xiàn)代控制理論與傳統(tǒng)控制論結(jié)合的方法,設(shè)計(jì)了角速率內(nèi)環(huán)LQR(線性二次型最優(yōu))控制,角度外環(huán)PID控制的雙回路閉環(huán)控制器。充分利用PID控制器易于掌握且對(duì)模型要求精度低的優(yōu)點(diǎn),以及內(nèi)回路LQR控制器能改善內(nèi)回路的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點(diǎn),完成Quad-Rotor的飛行控制。最后,搭建Quad-Rotor實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。分別針對(duì)姿態(tài)解算和飛行控制進(jìn)行試驗(yàn),并給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的姿態(tài)估計(jì)算法快速有效,LQRPID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)Quad-Rotor的穩(wěn)定飛行。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無(wú)人機(jī) 信息融合 姿態(tài)解算 線性二次型控制 PID控制
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 四旋翼飛行器研究相關(guān)技術(shù)13-14
• 1.4 本文所做的工作14-15
• 第2章 四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)建模15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 四旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行原理15-16
• 2.3 坐標(biāo)系定義及旋轉(zhuǎn)矩陣16-18
• 2.4 四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)模型18-22
• 2.5 本章總結(jié)22-23
• 第3章 基于信息融合的無(wú)人機(jī)姿態(tài)估算23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 基于各傳感器的導(dǎo)航信息解算23-28
• 3.2.1 基于陀螺儀的姿態(tài)解算23-26
• 3.2.2 基于加速度計(jì)與磁力計(jì)的姿態(tài)解算26-28
• 3.3 多傳感器信息融合姿態(tài)解算28-31
• 3.3.1 自適應(yīng)隨機(jī)加權(quán)濾波介紹28-31
• 3.3.2 基于隨機(jī)加權(quán)的姿態(tài)融合解算31
• 3.4 算法仿真實(shí)驗(yàn)31-33
• 3.5 本章總結(jié)33-34
• 第4章 四旋翼無(wú)人機(jī)控制算法設(shè)計(jì)34-46
• 4.1 引言34
• 4.2 四旋翼無(wú)人機(jī)線性化模型34-35
• 4.3 四旋翼無(wú)人機(jī)控姿態(tài)制器設(shè)計(jì)35-41
• 4.3.1 PID控制技術(shù)35-37
• 4.3.2 LQR控制技術(shù)37-39
• 4.3.3 LQR&PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-41
• 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)分析41-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第5章 四旋翼無(wú)人機(jī)的嵌入式實(shí)現(xiàn)與測(cè)試實(shí)驗(yàn)46-63
• 5.1 引言46
• 5.2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)46-50
• 5.2.1 微型計(jì)算機(jī)主控模塊47
• 5.2.2 MEMS傳感器測(cè)量模塊47-49
• 5.2.3 遙控收發(fā)模塊49-50
• 5.2.4 執(zhí)行模塊50
• 5.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)50-57
• 5.3.1 系統(tǒng)的總體軟件框架51-52
• 5.3.2 系統(tǒng)初始化52-54
• 5.3.3 輸入模塊軟件設(shè)計(jì)54
• 5.3.4 姿態(tài)解算控制模塊軟件設(shè)計(jì)54-56
• 5.3.5 輸出模塊軟件設(shè)計(jì)56-57
• 5.4 物理試驗(yàn)57-62
• 5.4.1 姿態(tài)解算試驗(yàn)57-61
• 5.4.2 飛行控制試驗(yàn)61-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 總結(jié)與展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文69

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本文編號(hào)：902704