四旋翼飛行器作為一種垂直起降式的飛行裝置,因其成本低廉、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單和機動性良好等優(yōu)勢,在農(nóng)業(yè)考察、目標跟蹤、災后搜救、森林防火、反恐監(jiān)控和娛樂航拍等眾多領域中均得到了廣泛應用。然而在實際飛行過程中,四旋翼飛行器易受到氣流、陀螺效應以及噪聲等外部因素的干擾,同時由于其自身結(jié)構(gòu)的欠驅(qū)動、強耦合、多輸入多輸出和非最小相位等特性,使得四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設計和穩(wěn)定性分析變得十分困難。因此,深入研究四旋翼飛行器的控制方案,并設計出一個穩(wěn)定可靠的飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)四旋翼飛行器對指定軌跡的跟蹤控制是十分必要的。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,本文對四旋翼飛行器的工作原理和常用的姿態(tài)描述方式進行了詳細分析,并在此基礎之上,利用牛頓-歐拉定理和剛體力學理論建立了四旋翼飛行器的原始動力學模型。同時為了便于機體模型的分析和控制算法的研究,本文根據(jù)假設條件,對四旋翼飛行器的原始動力學模型進行合理簡化,為后面四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制系統(tǒng)的設計打下了堅實的基礎。其次,針對四旋翼飛行器對期望軌跡的穩(wěn)定跟蹤控制問題,本文利用串級PID算法設計了一種雙回路軌跡跟蹤控制系統(tǒng),并在Matlab/Simulink環(huán)境中... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

首架四旋翼飛行器

杭州電子科技大學碩士學位論文2的發(fā)展奠定了重要基礎，同時如何設計出一個穩(wěn)定可靠的飛行控制系統(tǒng)也已成為了當下的熱點問題[16-17]。在四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設計中，位置和姿態(tài)的精確控制是飛行器執(zhí)行任何飛行任務的基本前提。若無法實現(xiàn)對四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)進行精確控制，則飛行器后續(xù)任務的執(zhí)行都無從談起。因此，深入開展四旋翼飛行器相關(guān)研究工作，并設計出一個魯棒性強、穩(wěn)定性良好的控制器，實現(xiàn)飛行器對期望位置和姿態(tài)的精確控制是十分必要的。1.2四旋翼飛行器的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀1.2.1四旋翼飛行器的發(fā)展歷程國際上早在上個世紀初就開展了對四旋翼飛行器的相關(guān)研究工作，至今已有100多年的歷史了。1907年，法國Breguet兄弟在JacquesBreguetRichet和LouisBreguet教授的指導下利用空氣動力學原理制造了史上第一架四旋翼飛行器(Breguet-Richet“旋翼機1號”)[18]，如圖1.1所示。但受限于當時的技術(shù)水平，特別是自控理論尚未形成體系，Breguet兄弟并沒有為旋翼機1號安裝任何姿態(tài)傳感器和設計一個穩(wěn)定可靠的飛控系統(tǒng)，所以飛行器在進行試飛實驗時僅能短暫地離開地面，且飛行高度只有1.5米[19]。盡管如此，它仍然是四旋翼飛行器研究方面的一個重大創(chuàng)新，為四旋翼飛行器的后續(xù)發(fā)展奠定了重要基矗圖1.1首架四旋翼飛行器圖1.2DeBothezat四旋翼飛行器圖1.3ConvertawingsModel“A”圖1.4VZ-7四旋翼飛行器1921年，美國GeorgesDeBothezat工程師研制出了另一架大型四旋翼飛行器，飛行器機體長度達到65英尺(約20米)，如圖1.2所示[20]。此款四旋翼飛行器設計的最初目的是用于美國軍方作戰(zhàn)使用，雖然先后一共經(jīng)歷了上百次的設計改造和試飛試驗，但由于該飛行器不易

杭州電子科技大學碩士學位論文2的發(fā)展奠定了重要基礎，同時如何設計出一個穩(wěn)定可靠的飛行控制系統(tǒng)也已成為了當下的熱點問題[16-17]。在四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設計中，位置和姿態(tài)的精確控制是飛行器執(zhí)行任何飛行任務的基本前提。若無法實現(xiàn)對四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)進行精確控制，則飛行器后續(xù)任務的執(zhí)行都無從談起。因此，深入開展四旋翼飛行器相關(guān)研究工作，并設計出一個魯棒性強、穩(wěn)定性良好的控制器，實現(xiàn)飛行器對期望位置和姿態(tài)的精確控制是十分必要的。1.2四旋翼飛行器的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀1.2.1四旋翼飛行器的發(fā)展歷程國際上早在上個世紀初就開展了對四旋翼飛行器的相關(guān)研究工作，至今已有100多年的歷史了。1907年，法國Breguet兄弟在JacquesBreguetRichet和LouisBreguet教授的指導下利用空氣動力學原理制造了史上第一架四旋翼飛行器(Breguet-Richet“旋翼機1號”)[18]，如圖1.1所示。但受限于當時的技術(shù)水平，特別是自控理論尚未形成體系，Breguet兄弟并沒有為旋翼機1號安裝任何姿態(tài)傳感器和設計一個穩(wěn)定可靠的飛控系統(tǒng)，所以飛行器在進行試飛實驗時僅能短暫地離開地面，且飛行高度只有1.5米[19]。盡管如此，它仍然是四旋翼飛行器研究方面的一個重大創(chuàng)新，為四旋翼飛行器的后續(xù)發(fā)展奠定了重要基矗圖1.1首架四旋翼飛行器圖1.2DeBothezat四旋翼飛行器圖1.3ConvertawingsModel“A”圖1.4VZ-7四旋翼飛行器1921年，美國GeorgesDeBothezat工程師研制出了另一架大型四旋翼飛行器，飛行器機體長度達到65英尺(約20米)，如圖1.2所示[20]。此款四旋翼飛行器設計的最初目的是用于美國軍方作戰(zhàn)使用，雖然先后一共經(jīng)歷了上百次的設計改造和試飛試驗，但由于該飛行器不易

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于PD控制器的四旋翼飛行器參數(shù)優(yōu)化控制[J]. 鄭凱琪,王家軍.  杭州電子科技大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]集成兩變異策略的差分進化算法[J]. 汪慎文,謝承旺,郭肇祿,王培崇,張翠軍.  武漢大學學報(理學版). 2019(03)
[3]基于大爆炸大收斂算法的PID參數(shù)整定[J]. 馬安飛,王家軍.  杭州電子科技大學學報(自然科學版). 2018(06)
[4]無人機吊掛飛行系統(tǒng)的減擺控制設計[J]. 王詩章,鮮斌,楊森.  自動化學報. 2018(10)
[5]自適應粒子群在四旋翼PID參數(shù)優(yōu)化中的應用[J]. 康日暉,馬珺,賈華宇.  計算機仿真. 2018(03)
[6]基于反步滑模法的四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制[J]. 吳梅,涂彪,羅瑜.  飛行力學. 2018(03)
[7]基于ESO的LQR控制器在無人機姿態(tài)控制中的研究[J]. 潘健,劉昌龍.  系統(tǒng)仿真學報. 2018(02)
[8]基于改進大爆炸算法的結(jié)構(gòu)損傷識別[J]. 尹智毅,張艾迪,林楷釗,呂中榮.  中山大學學報(自然科學版). 2017(06)
[9]無人機成“玩具”后,反無人機產(chǎn)業(yè)悄然興起[J]. 梁麗雯.  金融科技時代. 2017(02)
[10]多無人機協(xié)同編隊飛行控制研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 宗群,王丹丹,邵士凱,張博淵,韓宇.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 2017(03)

博士論文
[1]四旋翼無人機編隊飛行控制方法的研究[D]. 李樂寶.浙江大學 2017

碩士論文
[1]四旋翼無人機視覺導航與軌跡跟蹤[D]. 鄧兆森.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]小型四旋翼無人機飛行控制算法研究[D]. 余杭.武漢科技大學 2018
[3]基于神經(jīng)網(wǎng)絡自適應的四旋翼飛行控制方法研究[D]. 李晨杰.沈陽航空航天大學 2018
[4]基于粒子群參數(shù)優(yōu)化的四旋翼飛行器控制器設計研究[D]. 趙玉穎.蘭州交通大學 2017
[5]基于四旋翼無人機控制的軌跡跟蹤優(yōu)化問題研究[D]. 王川.東南大學 2017
[6]基于遺傳算法優(yōu)化規(guī)則的四旋翼無人機模糊PID控制算法研究[D]. 毛貽漢.武漢理工大學 2017
[7]四旋翼飛行器控制系統(tǒng)多目標姿態(tài)調(diào)節(jié)[D]. 孫慶陽.東北大學 2017
[8]考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無人機控制系統(tǒng)設計[D]. 李鴻儒.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[9]基于串級PID控制算法的四旋翼無人機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 烏仁別麗克.東華大學 2016
[10]四旋翼飛行器設計與姿態(tài)調(diào)整控制算法的研究[D]. 王亮.湖南大學 2016



本文編號：3265587