本文選題：四旋翼無(wú)人機(jī) + 自抗擾算法��； 參考：《華北電力大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：四旋翼無(wú)人機(jī)是一種能垂直起降、自主懸停和低速飛行的飛行器,相比固定翼飛行器具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。抗風(fēng)性能是體現(xiàn)四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素之一,但因四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身動(dòng)力學(xué)方程復(fù)雜,易受外界陣風(fēng)和內(nèi)部噪聲干擾,因此對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行精確地建模十分困難。本文利用X450四旋翼無(wú)人機(jī)為研究平臺(tái),基于自抗擾算法對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行了建模仿真并在陣風(fēng)和持續(xù)風(fēng)環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行了抗風(fēng)性研究。本文首先對(duì)X450四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行機(jī)身動(dòng)力學(xué)建模,利用牛頓-歐拉方程和機(jī)體坐標(biāo)系-慣性坐標(biāo)系進(jìn)行力學(xué)分析,分析四旋翼無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中旋翼受空氣作用力影響情況,在適當(dāng)假設(shè)條件下對(duì)其合理線性化,得到機(jī)身動(dòng)力學(xué)方程和無(wú)人機(jī)的姿態(tài)、位置運(yùn)動(dòng)方程。根據(jù)建立的四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)方程,通過(guò)內(nèi)環(huán)控制采取自抗擾算法,外環(huán)控制采取PID控制方法相結(jié)合分別設(shè)計(jì)姿態(tài)控制器和位置控制器。通過(guò)仿真結(jié)果表明,加入自抗擾控制器后可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)擾和外擾進(jìn)行估算補(bǔ)償,有效提高系統(tǒng)的魯棒性。在不同的風(fēng)力等級(jí)下,分析基于自抗擾控制器的四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)角度變化曲線,通過(guò)比較不同擾動(dòng)下控制系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差,得出了基于自抗擾控制算法可以較好地提高系統(tǒng)抗風(fēng)性的結(jié)論。最后,本文進(jìn)行了四旋翼無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中采用X450機(jī)型,分別在陣風(fēng)和持續(xù)風(fēng)環(huán)境中進(jìn)行了試飛測(cè)試和數(shù)據(jù)采集,通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析對(duì)比,驗(yàn)證了基于自抗擾算法的姿態(tài)控制器可有效提高四旋翼無(wú)人機(jī)抗風(fēng)性能的結(jié)論。
[Abstract]:Four-rotor UAV is a kind of aircraft which can take off and land vertically, hovering independently and flying at low speed. It has strong maneuverability compared with fixed-wing UAV. The anti-wind performance is one of the important factors to reflect the stability of the four-rotor UAV control system. However, the fuselage dynamics equation of the four-rotor UAV is complex and vulnerable to external gusts and internal noise. Therefore, it is very difficult to model the four-rotor UAV accurately. In this paper, using the X450 four-rotor UAV as the research platform, the UAV is modeled and simulated based on the active disturbance rejection algorithm, and the anti-wind performance of the UAV is studied in the gusts and persistent wind environments. In this paper, the fuselage dynamics of X450 four-rotor UAV is first modeled, and the influence of air force on the rotor is analyzed by using Newton-Euler equation and airframe coordinate system. The airframe dynamics equation and the attitude and motion equations of the UAV are obtained by linearizing them reasonably under proper assumptions. According to the dynamic and motion equations of the four-rotor UAV, the attitude controller and the position controller are designed by using the internal loop control method and the outer loop control method, respectively, using the PID control method. The simulation results show that the internal disturbance and external disturbance can be estimated and compensated by adding the ADRC controller, and the robustness of the system can be improved effectively. Under different wind power levels, the attitude angle curve of four-rotor UAV based on ADRC is analyzed. The overshoot, adjusting time and steady-state error of the control system under different disturbances are compared. It is concluded that the adaptive disturbance rejection control algorithm can improve the wind resistance of the system. Finally, the actual flight test of four-rotor UAV is carried out in this paper. In the experiment, the X450 model was used to test the flight and the data acquisition in the gusts and sustained winds, and the data were analyzed and compared. The conclusion that the attitude controller based on active disturbance rejection algorithm can effectively improve the anti-wind performance of four-rotor UAV is verified.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：V279;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1937515