發(fā)布時(shí)間：2017-10-04 15:34

  本文關(guān)鍵詞：基于姿態(tài)控制的四旋翼飛控系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 數(shù)學(xué)建模 PID算法 模糊PID算法 Simulink仿真

【摘要】：四旋翼飛行器以其可垂直起降(不受起降場(chǎng)地的限制),機(jī)動(dòng)性強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且緊湊,操作容易等特點(diǎn),被各個(gè)領(lǐng)域作為一種新興的空中移動(dòng)平臺(tái),搭載的各種相應(yīng)的任務(wù)載荷,廣泛地應(yīng)用于影視航拍、電力巡線、情報(bào)監(jiān)視、戰(zhàn)損評(píng)估等諸多方面。其應(yīng)用價(jià)值的凸顯,受到了無(wú)數(shù)研發(fā)人員的青睞。四旋翼飛行器無(wú)論是全自主飛行還是在遙控器的操控下飛行都離不開飛行控制系統(tǒng),飛控系統(tǒng)的優(yōu)劣確定飛行器飛行效果的好壞,因此飛控系統(tǒng)的研究是對(duì)四旋翼姿態(tài)控制的關(guān)鍵。本文選用了十字型結(jié)構(gòu)的四旋翼飛行器,在將其視為剛體、機(jī)體質(zhì)量均勻分布、不計(jì)空氣阻力影響等條件下,運(yùn)用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律與歐拉公式對(duì)四旋翼飛行器進(jìn)行基于航空理論、氣動(dòng)力學(xué)理論、現(xiàn)代控制理論的數(shù)學(xué)模型的建立,并根據(jù)實(shí)際控制需求對(duì)建立的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。分別對(duì)傳統(tǒng)的PID算法和模糊PID算法進(jìn)行剖析和對(duì)比。根據(jù)模糊控制的具體規(guī)則,運(yùn)用Matlab中的FIS編輯器對(duì)模糊PID控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化原有的四旋翼飛行器的控制策略,并對(duì)優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行清晰的闡述,分析新策略的優(yōu)缺點(diǎn)。四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)軟件部分,采用了模塊化設(shè)計(jì),既可以簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度,又利于程序的后期調(diào)試。整個(gè)軟件包括的模塊有:數(shù)據(jù)采集模塊、中央控制模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)仿真模塊。對(duì)每一個(gè)具體的模塊的功能做具體說(shuō)明,并詳細(xì)的闡述其內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)理。結(jié)合所建立的四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化后的控制策略,運(yùn)用Matlab中的Simulink仿真模塊,分別搭建基于傳統(tǒng)PID控制器飛控系統(tǒng)仿真圖、在擾動(dòng)影響下的飛控系統(tǒng)仿真圖和基于模糊PID控制器的飛控系統(tǒng)仿真圖。經(jīng)過(guò)對(duì)所有仿真結(jié)果分析和對(duì)比,總結(jié)得出:優(yōu)化后的控制策略適用于四旋翼飛控系統(tǒng)并能簡(jiǎn)化整個(gè)控制過(guò)程,在一定范圍的擾動(dòng)下仍能保持穩(wěn)定,模糊PID控制器的控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器。最后,使用SimMechanics對(duì)四旋翼進(jìn)行3D動(dòng)畫仿真,觀察姿態(tài)控制仿真效果的好壞。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 數(shù)學(xué)建模 PID算法 模糊PID算法 Simulink仿真
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-14
• 1.1 研究背景及意義7-8
• 1.2 多旋翼飛行器早期研究發(fā)展8-10
• 1.3 多旋翼飛行器的研究狀況10-11
• 1.4 四旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù)11-12
• 1.5 本文主要工作12-14
• 第2章 四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型14-26
• 2.1 原理分析14-17
• 2.2 四旋翼飛行器模型建立17-24
• 2.2.1 坐標(biāo)系建立17-19
• 2.2.2 四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型19-24
• 2.3 系統(tǒng)狀態(tài)方程24-26
• 第3章 控制算法與控制策略26-42
• 3.1 PID控制算法26-29
• 3.1.1 經(jīng)典PID控制器27-28
• 3.1.2 數(shù)字PID控制器28-29
• 3.2 模糊PID算法及控制器設(shè)計(jì)29-38
• 3.3 控制策略優(yōu)化38-42
• 第4章 四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42-50
• 4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42-44
• 4.2 系統(tǒng)軟件總體流程44-45
• 4.3 數(shù)據(jù)采集流程45-46
• 4.4 加速度計(jì)數(shù)據(jù)采集流程46-48
• 4.5 控制算法流程48-50
• 第5章 系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析50-64
• 5.1 傳遞函數(shù)計(jì)算50-51
• 5.2 姿態(tài)角仿真51-54
• 5.3 姿態(tài)角擾動(dòng)仿真54-56
• 5.4 模糊PID控制仿真56-59
• 5.5 Sim Mechanics仿真59-64
• 5.5.1 Sim Mechanics物理建模59-60
• 5.5.2 Sim Mechanicslink導(dǎo)入模型60-61
• 5.5.3 PID參數(shù)自主生成61-62
• 5.5.4 四旋翼Sim Mechanics仿真62-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69

【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)：971486