本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器設(shè)計(jì)與姿態(tài)調(diào)整控制算法的研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 數(shù)學(xué)模型 姿態(tài)調(diào)整 PID控制 LQR控制

【摘要】：四旋翼飛行器是一種可以垂直起降的多旋翼旋翼式飛行器,通常采用十字型對(duì)稱(chēng)分布,四個(gè)螺旋槳分別分布在支架末端。無(wú)需像單旋翼飛行器的尾部旋翼來(lái)抵消回旋扭力,節(jié)能的同時(shí)也使飛行器更加緊湊。它僅需通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相應(yīng)拉力進(jìn)而調(diào)整飛行器的姿態(tài),結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單可靠。因其有四個(gè)螺旋槳,負(fù)荷更大,可使槳葉可以做得更小,便于小型化。其可以在空中自由地懸停和移動(dòng),具有很大的靈活性。由于四旋翼飛行器有著諸多優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于新概念交通領(lǐng)域、安保領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域及其它高危作業(yè)環(huán)境,使其有著廣泛的應(yīng)用前景。四旋翼飛行器擁有上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),也需要解決很多控制上的問(wèn)題。因其有六個(gè)空間自由度和四個(gè)控制輸入,屬于多變量欠驅(qū)動(dòng)強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng),因此建模比較復(fù)雜,控制算法要求相對(duì)較高。本文通過(guò)對(duì)四旋翼飛行器工作原理、動(dòng)力學(xué)特性、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析和研究,建立其動(dòng)態(tài)模型。將動(dòng)態(tài)模型解耦、化簡(jiǎn)、線性化代入飛行器相關(guān)參數(shù)得到仿真所需傳遞函數(shù),利用傳遞函數(shù)在MATLAB中建立仿真平臺(tái),驗(yàn)證本論文提出的算法控制飛行器的有效性。本文基于STM32F103RBT6主控芯片,分別制作了飛控板和遙控器,搭建了四旋翼飛行器系統(tǒng),為算法的驗(yàn)證提供了實(shí)物平臺(tái)。本文提出了一種由LQR和PID協(xié)同控制四旋翼飛行器姿態(tài)調(diào)整的控制方案。由慣性測(cè)量單元測(cè)得數(shù)據(jù),經(jīng)卡爾曼濾波器融合信息后傳遞給PID+LQR控制器。通過(guò)MATLAB搭建的仿真平臺(tái)和實(shí)物平臺(tái)驗(yàn)證該控制器解決了四旋翼飛行器不能快速穩(wěn)定地響應(yīng)指定位置以及抗擾性弱等問(wèn)題。也表明該控制器可以保證飛行器快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)至指定位置與航向,增強(qiáng)了抗擾性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 數(shù)學(xué)模型 姿態(tài)調(diào)整 PID控制 LQR控制
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 四旋翼飛行器國(guó)內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 四旋翼飛行器國(guó)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 四旋翼飛行器國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)14-17
• 1.3.1 本文研究目標(biāo)14
• 1.3.2 本文的研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.3.3 本文的創(chuàng)新點(diǎn)15
• 1.3.4 本文的組織結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 四旋翼飛行器理論基礎(chǔ)17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 四旋翼飛行器工作原理17-19
• 2.3 坐標(biāo)體系的建立19-24
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義19-20
• 2.3.2 建模相關(guān)變量的定義20-22
• 2.3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣22-24
• 2.4 四旋翼飛行器建模24-32
• 2.4.1 動(dòng)力學(xué)方程24-29
• 2.4.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程29-30
• 2.4.3 系統(tǒng)非線性模型30-31
• 2.4.4 模型簡(jiǎn)化31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 四旋翼飛行器系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 飛控板硬件電路設(shè)計(jì)33-37
• 3.2.1 電源電路設(shè)計(jì)33-34
• 3.2.2 微處理器最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.3 慣性測(cè)量單元35-36
• 3.2.4 通信電路36
• 3.2.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)36-37
• 3.3 飛控板軟件設(shè)計(jì)37-38
• 3.3.1 控制程序分析37
• 3.3.2 程序流程圖37-38
• 3.4 遙控器硬件電路設(shè)計(jì)38
• 3.5 遙控器軟件設(shè)計(jì)38-39
• 3.5.1 控制程序分析38-39
• 3.5.2 程序流程圖39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 四旋翼飛行器控制算法分析選取與仿真40-61
• 4.1 引言40-41
• 4.2 四旋翼飛行器常用控制方法介紹41-43
• 4.3 四旋翼飛行器控制通道函數(shù)43-44
• 4.4 控制器的設(shè)計(jì)與仿真44-59
• 4.4.1 PID控制算法分析44-46
• 4.4.2 PID控制器設(shè)計(jì)與仿真46-50
• 4.4.3 卡爾曼濾波算法分析50-51
• 4.4.4 卡爾曼-PID算法控制器設(shè)計(jì)與仿真51-54
• 4.4.5 LQR控制算法分析54-56
• 4.4.6 卡爾曼-PID+LQR算法控制器設(shè)計(jì)與仿真56-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第5章 四旋翼飛行器系統(tǒng)測(cè)試61-66
• 5.1 引言61
• 5.2 遙控器測(cè)試61-62
• 5.3 飛控板測(cè)試62-65
• 5.3.1 偏航角初始化時(shí)間測(cè)量62
• 5.3.2 俯仰角和橫滾角偏差測(cè)試62-64
• 5.3.3 四旋翼飛行器平衡測(cè)試64-65
• 5.4 四旋翼飛行器整體飛行測(cè)試65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 總結(jié)與展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄71-72
• 附錄B 四旋翼飛行器原理圖72-73
• 附錄C 四旋翼飛行器PCB圖73-74
• 致謝74

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護(hù)[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號(hào)：908443