本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器建模與控制方法研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 動(dòng)力學(xué)模型 PID 增穩(wěn)積分反步法 滑模逆

【摘要】：四旋翼飛行器是一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱,可以實(shí)現(xiàn)垂直起降、前飛和側(cè)飛的飛行器,它可以執(zhí)行航拍、數(shù)據(jù)傳輸、低空飛行等任務(wù),在各個(gè)領(lǐng)域上有重要的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)四旋翼飛行器又具有強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動(dòng)和非線性等特性,使得對(duì)四旋翼飛行器的建模和控制器的設(shè)計(jì)帶來了一定的挑戰(zhàn)。本文在四旋翼飛行器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,分別研究PID、增穩(wěn)積分反步法、滑模逆方法設(shè)計(jì)的控制器的控制效果。根據(jù)四旋翼飛行器的飛行原理,建立飛行器的動(dòng)力學(xué)模型,并在飛行器的動(dòng)力學(xué)模型上設(shè)計(jì)了PID控制器,通過MATLAB/simulink的仿真平臺(tái)對(duì)PID控制器進(jìn)行仿真。仿真實(shí)驗(yàn)表明,PID控制器能有效的控制飛行器的位移和姿態(tài)角,但是魯棒性和動(dòng)態(tài)性能不理想。為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn),設(shè)計(jì)出增穩(wěn)積分反步法控制器。在不同的情況下,判斷增穩(wěn)積分反步法控制器是否切入積分環(huán)節(jié),從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該控制器與經(jīng)典PID控制器相比,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好,魯棒性有所提高,但幅度小。若是在高強(qiáng)度的干擾信號(hào)下,PID控制器和增穩(wěn)積分反步法控制器不能有效的控制飛行器的位移和姿態(tài)角,為了增強(qiáng)飛行器的魯棒性,設(shè)計(jì)出滑模逆控制器。滑模逆控制器將整個(gè)控制系統(tǒng)分為角速度控制系統(tǒng)、姿態(tài)角控制系統(tǒng)和位移控制系統(tǒng),每一個(gè)控制系統(tǒng)采用滑模逆控制器。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該控制器與增穩(wěn)積分反步法控制器相比,其魯棒性有明顯的改善。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 動(dòng)力學(xué)模型 PID 增穩(wěn)積分反步法 滑模逆
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279.1
【目錄】：

• 學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 選題背景與意義8-9
• 1.2 四旋翼飛行器發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 四旋翼飛行器發(fā)展趨勢(shì)9-10
• 1.2.2 四旋翼飛行器的建模及控制研究10-12
• 1.2.3 研究存在的問題與解決思路12-13
• 1.3 本課題主要的內(nèi)容以及章節(jié)安排13-16
• 1.3.1 論文主要內(nèi)容13
• 1.3.2 論文的章節(jié)安排13-16
• 第二章 四旋翼飛行器的模型建立16-34
• 2.1 四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)組成及優(yōu)勢(shì)16-17
• 2.2 四旋翼飛行器原理17-18
• 2.3 空氣動(dòng)力學(xué)分析18-24
• 2.3.1 旋翼動(dòng)力學(xué)特性18-19
• 2.3.2 空氣動(dòng)力與力矩分析19-24
• 2.4 四旋翼飛行器的非線性建模24-32
• 2.4.1 坐標(biāo)系以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣24-26
• 2.4.2 電機(jī)動(dòng)力學(xué)模型26-27
• 2.4.3 四旋翼飛行器的線性運(yùn)動(dòng)27-29
• 2.4.4 四旋翼飛行器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)29-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第三章 經(jīng)典PID控制器設(shè)計(jì)34-42
• 3.1 經(jīng)典PID控制器結(jié)構(gòu)分析34-36
• 3.2 經(jīng)典PID控制器設(shè)計(jì)36-37
• 3.2.1 內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)36
• 3.2.2 外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-37
• 3.3 PID控制器仿真與分析37-41
• 3.3.1 懸停仿真與分析37-39
• 3.3.2 魯棒性仿真與分析39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 增穩(wěn)積分反步法控制器設(shè)計(jì)42-58
• 4.1 反步法理論42-48
• 4.2 增穩(wěn)積分反步法原理48-49
• 4.3 積分反步法控制器設(shè)計(jì)49-53
• 4.3.1 姿態(tài)角回路控制設(shè)計(jì)50-52
• 4.3.2 位移回路控制設(shè)計(jì)52-53
• 4.4 增穩(wěn)積分反步法控制算法的分析53-57
• 4.4.1 懸停仿真與分析53-55
• 4.4.2 魯棒性仿真與分析55-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 滑模逆控制器設(shè)計(jì)58-76
• 5.1 逆理論58-61
• 5.1.1 逆基本概念59
• 5.1.2 多變量逆系統(tǒng)理論59-61
• 5.2 滑模控制理論61-65
• 5.2.1 滑�？刂聘拍罴斑_(dá)到條件61-63
• 5.2.2 滑模控制定義以及特點(diǎn)63
• 5.2.3 滑�？刂浦械亩墩駟栴}63-64
• 5.2.4 解決抖振抑制的方法64-65
• 5.3 滑模逆控制器的實(shí)現(xiàn)65-72
• 5.3.1 滑模逆控制器設(shè)計(jì)原則66-67
• 5.3.2 角速度控制設(shè)計(jì)67-69
• 5.3.3 姿態(tài)角控制設(shè)計(jì)69-71
• 5.3.4 位移控制設(shè)計(jì)71-72
• 5.4 滑模逆控制算法的分析72-75
• 5.4.1 懸停仿真與分析72-73
• 5.4.2 魯棒性仿真與分析73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)和展望76-78
• 6.1 工作總結(jié)76-77
• 6.2 進(jìn)一步工作和研究展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 發(fā)表論文和參加科研情況82-84
• 致謝84

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 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)：986941