本文關鍵詞：基于模型參考滑�？刂频乃男頍o人機控制器設計

  更多相關文章： 四旋翼無人機 非線性建模 模型參考滑�？刂� 擴展卡爾曼濾波器

【摘要】：四旋翼無人機是一種可垂直起降、定點懸停、機動性強、成本較低且性能優(yōu)良的無人駕駛飛行器,其在軍事偵查、城市交通、災害搜救等領域均有著良好的實際應用性和廣闊的發(fā)展前景,擁有獨特的研究價值與工程意義。四旋翼無人機具有非線性、強耦合、干擾敏感等特性,因而其數(shù)學模型的建立、飛行姿態(tài)信息的獲取以及控制器的設計都成為了研究的難點。本文在總結前人工作的基礎上,針對上述問題展開分析與探討,基于四旋翼無人機實驗平臺建立非線性動力學模型,并重點研究姿態(tài)估計的多傳感器數(shù)據融合算法與飛行控制方法。首先,以四旋翼無人機在機械和控制方面的需求為準則,設計機體、硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)。在機體方面,完成了材料的選擇與機體結構的設計；在硬件系統(tǒng)方面,采用模塊化的思想完成了微處理器、傳感器、執(zhí)行器等功能模塊的選型；在軟件系統(tǒng)方面,介紹了雙微處理器的任務分配與軟件流程以及傳感器數(shù)據的采集與處理。其次,定義四旋翼無人機飛行坐標系,選取歐拉角描述姿態(tài),進而闡述其飛行原理。在分析機體結構特征和旋翼動力學特性的基礎上,根據牛頓歐拉動力學方程,建立六自由度非線性動力學模型。再者,針對四旋翼無人機的姿態(tài)估計,設計基于四元數(shù)和擴展卡爾曼濾波器的多傳感器數(shù)據融合算法。在分析多傳感器測量數(shù)據特性的基礎上,融合陀螺儀、加速度計和地磁計的測量數(shù)據解算出飛行姿態(tài)角。仿真結果驗證了該算法的有效性。最后,對四旋翼無人機的六自由度非線性動力學模型進行合理簡化與參數(shù)辨識,得到解耦的線性模型。并針對該線性模型,設計基于模型參考滑�？刂频淖藨B(tài)控制器和高度控制器。仿真結果表明所設計的控制器具有良好的性能。
【關鍵詞】：四旋翼無人機 非線性建模 模型參考滑�？刂� 擴展卡爾曼濾波器
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 飛行控制方法概述14-15
• 1.4 本文研究內容及組織結構15-17
• 1.4.1 研究內容15-16
• 1.4.2 組織結構16-17
• 第二章 四旋翼無人機實驗平臺設計17-27
• 2.1 需求分析17-18
• 2.2 機體設計18-19
• 2.3 硬件系統(tǒng)設計19-24
• 2.3.1 硬件系統(tǒng)整體設計方案19
• 2.3.2 微處理器模塊19-21
• 2.3.3 無線通信模塊21
• 2.3.4 傳感器模塊21-22
• 2.3.5 動力模塊22-23
• 2.3.6 硬件系統(tǒng)組裝與測試23-24
• 2.4 軟件系統(tǒng)設計24-26
• 2.5 本章小結26-27
• 第三章 四旋翼無人機建模27-39
• 3.1 坐標系及姿態(tài)角27-29
• 3.1.1 坐標系27-28
• 3.1.2 姿態(tài)角28-29
• 3.2 飛行原理29-31
• 3.3 旋翼動力學特性31-34
• 3.4 六自由度非線性動力學模型34-38
• 3.4.1 位置運動分析34-36
• 3.4.2 姿態(tài)運動分析36-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第四章 基于多傳感器的四旋翼無人機姿態(tài)估計39-53
• 4.1 姿態(tài)解算算法39
• 4.2 四元數(shù)理論39-42
• 4.3 傳感器測量值分析42-45
• 4.3.1 陀螺儀測量值分析43
• 4.3.2 加速度計測量值分析43-44
• 4.3.3 地磁計測量值分析44-45
• 4.4 卡爾曼濾波器原理45-49
• 4.4.1 卡爾曼濾波器45-47
• 4.4.2 擴展卡爾曼濾波器47-49
• 4.5 基于擴展卡爾曼濾波器的數(shù)據融合算法49-52
• 4.6 本章小結52-53
• 第五章 基于滑�？刂品椒ǖ乃男頍o人機控制器設計53-70
• 5.1 滑模變結構控制53-55
• 5.1.1 滑模變結構控制的基本思想53-54
• 5.1.2 滑模變結構控制的特性54-55
• 5.2 模型參考滑�？刂�55-57
• 5.3 控制系統(tǒng)總體設計方案57-58
• 5.4 姿態(tài)控制器設計58-65
• 5.4.1 模型簡化58-59
• 5.4.2 參考模型設計59-61
• 5.4.3 滑模控制器設計61
• 5.4.4 仿真實驗61-65
• 5.5 高度控制器設計65-69
• 5.5.1 模型簡化與參數(shù)辨識66-67
• 5.5.2 控制器設計與仿真實驗67-69
• 5.6 本章小結69-70
• 第六章 總結與展望70-72
• 6.1 工作總結70
• 6.2 前景與展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-77
• 作者簡介77

【參考文獻】

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本文編號：1098253