發(fā)布時間：2017-10-15 01:30

  本文關鍵詞：四旋翼飛行器抗風控制研究

  更多相關文章： 四旋翼飛行器 PD控制 風場模型 自抗擾控制器

【摘要】：近年來,隨著材料制造和加工技術的不斷革新,控制理論和控制方法的創(chuàng)新與發(fā)展,電池電源系統(tǒng)的升級改進,還有無刷直流電機等新型電機的出現與發(fā)展,使得以四旋翼飛行器為代表的無人機技術得到了前所未有的進步,四旋翼飛行器作為旋翼飛行器的一種,具有體積小、結構簡單、重量輕、機動性強等優(yōu)點,以及垂直起降和定點懸停的突出特點,四旋翼飛行器在軍事,商業(yè)以及民用各個領域都得到了廣泛的應用。四旋翼飛行器在空中飛行過程中最常見的干擾就是風的影響,由于四旋翼的體積、重量一般都不大,因此風的影響就變大了。風場的影響主要體現在對四旋翼姿態(tài)控制、位置控制、航跡規(guī)劃等多方面的影響。因此對于四旋翼飛行器的抗風性、抗干擾性的研究變得越來越重要。所以,本文針對四旋翼飛行器的抗風控制進行了研究與分析。首先對四旋翼飛行器的結構進行了介紹,對其飛行原理進行了闡述與分析,在此基礎上,根據Newton-Euler方程建立出四旋翼飛行器的運動學及動力學模型,使四旋翼飛行器的飛行的復雜性能夠在所建立的動力學模型中體現出來。接著對大氣紊流風場的特性進行研究,建立了風場的動力學模型,并結合動力學方程將風場模型作為干擾項加入四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中,滿足了對飛行器在風場干擾下的動力學特性的描述。其次,對PID控制方法進行介紹和分析,基于所建立的四旋翼飛行器的動力學方程,利用PD的控制方法設計出四旋翼飛行器的控制器,并利用Matlab/Simulink軟件搭建仿真模塊,進行穩(wěn)定控制仿真試驗,分析仿真結果,然后將風場模型加入到四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中,驗證在風場擾動作用下PD控制器對四旋翼飛行器姿態(tài)和位置的穩(wěn)定控制效果,分析控制器性能。最后對自抗擾控制方法及原理進行介紹和研究分析,將所建立的風場模型作為擾動項加入到四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中,利用在自抗擾的控制方法重新設計控制器并進行仿真實驗,驗證自抗擾控制器在風場擾動作用下,對四旋翼飛行器位置和姿態(tài)穩(wěn)定控制的控制效果。仿真實驗表明,與PD控制器相比,自抗擾控制器控制性能更優(yōu),能夠有效的控制紊流風場擾動的影響,更好的實現四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)穩(wěn)定控制。
【關鍵詞】：四旋翼飛行器 PD控制 風場模型 自抗擾控制器
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義9-10
• 1.2 四旋翼飛行器在國內外的研究現狀10-14
• 1.3 自抗擾控制技術的發(fā)展情況14-16
• 1.4 主要研究內容16-18
• 第2章 四旋翼飛行器飛行原理與動力學模型18-30
• 2.1 四旋翼飛行器控制原理18-21
• 2.2 基于Newton-Euler方法的動力學建模21-25
• 2.2.1 坐標系建立及坐標系變換21-23
• 2.2.2 動力學模型的建立23-25
• 2.3 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)仿真模塊搭建25-29
• 2.4 本章小結29-30
• 第3章 紊流風場模型的建立30-37
• 3.1 旋翼的空氣動力學分析30-31
• 3.2 四旋翼飛行器整體受力分析31-32
• 3.3 紊流風場模型32-36
• 3.4 本章小結36-37
• 第4章 基于PD控制方法的控制器設計37-47
• 4.1 PID控制器基本原理介紹37-38
• 4.2 四旋翼飛行器PD控制器設計38-39
• 4.3 仿真驗證及結果分析39-45
• 4.3.1 位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(PD控制)39-43
• 4.3.2 風場擾動下的位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(PD控制)43-45
• 4.4 本章小結45-47
• 第5章 基于自抗擾控制原理的控制器設計47-68
• 5.1 PID控制器到自抗擾控制器47-48
• 5.2 自抗擾控制方法原理簡介48-55
• 5.2.1 跟蹤微分器工作原理49-51
• 5.2.2 擴張狀態(tài)觀測器工作原理51-54
• 5.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋律工作原理54-55
• 5.3 四旋翼飛行器自抗擾控制器設計55-59
• 5.3.1 自抗擾控制方法原理應用55-56
• 5.3.2 自抗擾控制律設計56-59
• 5.4 仿真驗證及結果分析59-67
• 5.4.1 位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(ADRC控制)59-62
• 5.4.2 風場擾動下的位置姿態(tài)穩(wěn)定控制(ADRC控制)62-65
• 5.4.3 自抗擾控制器與PD控制器抗風效果對比65-67
• 5.5 本章小結67-68
• 結論68-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：1034310