本文關鍵詞：基于QRSim的四旋翼飛行器仿真及應用設計

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【摘要】：四旋翼飛行器的仿真平臺按照應用分為兩類,一類用于單架四旋翼飛行器姿態(tài)穩(wěn)定性仿真,另一類用來對多架四旋翼飛行器通信協同系統(tǒng)仿真。單架四旋翼的仿真平臺可以驗證動力學模型和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性,進而完善模型和改進控制算法。復雜環(huán)境下的飛行任務的仿真需要應用個四旋翼的仿真平臺來實現,并通過多個四旋翼飛行器間的協同控制來完成這些飛行任務。本文的重點在于基于QRSim構建了多模型多平臺的仿真系統(tǒng)。QRSim是一個在仿真場景下驗證多架四旋翼協同控制系統(tǒng)性能的開源開發(fā)包,本文在QRSim架構中構建了新的地面車模型平臺,使得QRSim成為一款多模型多平臺基于MATLAB開發(fā)的開源仿真工具,不僅可以對多架四旋翼飛行器應用仿真,還可以對四旋翼和地面小車進行通信協作的性能驗證,擴展了四旋翼飛行器的仿真應用領域。首先對四旋翼飛行器進行動力學建模,接著分析了加速度計、陀螺儀、GPS等傳感器模型,在創(chuàng)建的動力學模型和傳感器模型基礎上搭建QRSim協同仿真系統(tǒng),創(chuàng)建出四旋翼在基于MATLAB仿真環(huán)境的運動模型圖。在完成了多架四旋翼平臺通信協作搜救仿真任務后,提出不同類型的模型平臺空地一體化通信協作架構。為此,使用QRSim開發(fā)包創(chuàng)建地面小車模型平臺,并和四旋翼聯合應用到仿真任務中,通過觀測MATLAB輸出的實時動態(tài)模型運動圖,分析多模型平臺的通信協同控制性能。最后本文開展了硬件平臺的測試工作,針對四旋翼和地面車的多模型平臺的通信協作的實際應用,對空地信息交互系統(tǒng)進行了通信性能測試,主要分為兩個方面,一方面在地面端通過ZigBee模塊獲取飛行器的飛行參數,另一方面利用ZigBee技術測試數據無線通信過程中的丟包率和延時,在通信測試方面為空地一體化實物交通平臺中的通信協同控制系統(tǒng)提供技術與方法支持。
【關鍵詞】：四旋翼飛行器 地面車 QRSim 建模 協同
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V211;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 選題背景9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-14
• 1.2.1 無人飛行器發(fā)展歷史10
• 1.2.2 近代旋翼飛行器的研究進程10-11
• 1.2.3 目前關于四旋翼飛行器的研究成果11-14
• 1.3 本選題的主要研究內容及采用的技術手段14-16
• 1.3.1 論文來源14-15
• 1.3.2 論文結構15-16
• 第二章 四旋翼飛行器動力學建模及飛控系統(tǒng)設計16-31
• 2.1 四旋翼飛行器動力學建模16-20
• 2.2 控制器設計20-24
• 2.3 傳感器及其數據處理過程24-25
• 2.4 面向多平臺的工具箱QRSim25-30
• 2.4.1 基于MATLAB的開發(fā)環(huán)境25-28
• 2.4.2 QRSim的組織架構28-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第三章 基于QRSim的四旋翼飛行器系統(tǒng)模型仿真實現31-43
• 3.1 QRSim開發(fā)包應開發(fā)架構31-33
• 3.1.1 平臺和環(huán)境對象模塊31
• 3.1.2 State狀態(tài)模塊31-32
• 3.1.3 steppable模塊32
• 3.1.4 任務模塊task32
• 3.1.5 其他的抽象類32-33
• 3.1.6 QRSim抽象類33
• 3.1.7 QRSim的安裝33
• 3.2 仿真任務創(chuàng)建過程33-36
• 3.2.1 任務配置核心代碼34-35
• 3.2.2 模型目標的配置35
• 3.2.3 模型的算法設計35-36
• 3.3 四旋翼飛行器模型36-40
• 3.3.1 四旋翼飛行器的圖形繪制37-39
• 3.3.2 四旋翼飛行器模型在QRSim中數據處理流程39-40
• 3.4 地面車模型40-42
• 3.4.1 地面車動力學模型40-41
• 3.4.2 地面車模型的繪制41-42
• 3.4.3 地面車的路徑規(guī)劃42
• 3.5 本章小結42-43
• 第四章 平臺場景搭建及四旋翼地面車通信協同43-57
• 4.1 災區(qū)搜救場景搭建43-48
• 4.1.1 搜救的數學模型43-46
• 4.1.2 搜救場景仿真實現46-48
• 4.2 四旋翼地面車的協同通信仿真48-55
• 4.2.1 四旋翼和地面車任務設置48-49
• 4.2.2 四旋翼-地面車通信協作系統(tǒng)模型實現49-55
• 4.3 本章小結55-57
• 第五章 硬件平臺測試57-67
• 5.1 測試方案57-64
• 5.1.1 四旋翼功耗方案58-60
• 5.1.2 RTT測試方案60-64
• 5.2 測試結果分析64-66
• 5.2.1 時延因素分析64-65
• 5.2.2 丟包率分析65-66
• 5.3 本章小結66-67
• 第六章 總結與展望67-69
• 6.1 總結67
• 6.2 展望67-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-75
• 攻讀學位期間的科研成果75-76

【相似文獻】

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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：1098077