本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器姿態(tài)控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是一種特殊的非固定翼飛行器,它通過控制四個旋翼的轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)垂直起降、定點懸停、旋轉(zhuǎn)、側(cè)飛、倒飛等功能。這種結(jié)構(gòu)被廣泛用以小型無人飛行器的設(shè)計,具有重要的實用價值。而四旋翼飛行器本身具有的強耦合性、非線性及其對外界干擾的敏感性,使得飛行器系統(tǒng)的控制設(shè)計變得復雜。 四旋翼飛行器的姿態(tài)控制與位置控制存在直接耦合關(guān)系,提高飛行器姿態(tài)控制精度,有利于改善位置控制。因此本課題的研究著重于飛行器的姿態(tài)控制,主要包括飛行器模型建立、控制器設(shè)計仿真、半實物平臺的實時控制及結(jié)果分析比較： (1)通過對飛行器關(guān)鍵受力與力矩的分析,建立了線性與非線性動態(tài)模型。基于飛行器懸停運動,將姿態(tài)運動簡化為剛體繞定軸轉(zhuǎn)動,建立了簡單的線性模型。然而,該模型忽略了坐標系的相對運動,導致模型的不準確性。隨后,通過對飛行器繞定點旋轉(zhuǎn)運動的力矩分析,利用牛頓歐拉方程建立了非線性模型。 (2)在了解并掌握飛行器動態(tài)模型的基礎(chǔ)上,進行了控制器設(shè)計與仿真實驗分析。針對系統(tǒng)的非線性模型,通過反向遞推構(gòu)造Lyapunov函數(shù),設(shè)計了Backstepping控制器。應用滑模變結(jié)構(gòu)原理,設(shè)計了滑�？刂破�,使系統(tǒng)的狀態(tài)在設(shè)定滑模面上滑動。最后通過仿真實驗,與基于系統(tǒng)線性模型的二次型調(diào)節(jié)器進行了綜合比較分析。 (3)在仿真實驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)實驗結(jié)果綜合比較,選擇Backstepping控制律,實現(xiàn)了對飛行器半實物平臺的實時控制,并結(jié)合LQR控制律的特點設(shè)計了Integral Backstepping控制器。實際實驗證明,使用Integral Backstepping控制器既能有效地減少各通道的超調(diào)量、限制振蕩,又能彌補Backstepping控制器存在靜態(tài)誤差的缺點,準確地跟蹤目標角度,使飛行器表現(xiàn)出更好的動態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 姿態(tài)控制 滑�？刂� Integral Backstepping控制
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 四旋翼飛行器控制方法12-13
• 1.4 研究目標和主要工作13-15
• 第2章 四旋翼直升飛機動態(tài)模型建立15-28
• 2.1 四旋翼飛行器工作原理15-17
• 2.1.1 簡介15
• 2.1.2 飛行原理15-17
• 2.2 飛行器姿態(tài)表示17-20
• 2.2.1 坐標系定義17-18
• 2.2.2 姿態(tài)角定義18
• 2.2.3 坐標轉(zhuǎn)換矩陣18-20
• 2.3 系統(tǒng)模型20-26
• 2.3.1 飛行器線性模型建立21-23
• 2.3.2 飛行器非線性模型建立23-25
• 2.3.3 狀態(tài)方程25-26
• 2.3.4 系統(tǒng)參數(shù)26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第3章 四旋翼飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計28-50
• 3.1 LQR控制28-33
• 3.1.1 LQR控制原理28-29
• 3.1.2 基于LQR的飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計29-31
• 3.1.3 仿真實驗31-33
• 3.2 Backstepping控制33-39
• 3.2.1 Backstepping控制原理33
• 3.2.2 基于Backstepping的飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計33-35
• 3.2.3 穩(wěn)定性分析35-36
• 3.2.4 仿真實驗36-39
• 3.3 滑模控制39-44
• 3.3.1 滑�？刂圃�39
• 3.3.2 基于滑�？刂频娘w行器姿態(tài)控制器設(shè)計39-41
• 3.3.3 仿真實驗41-44
• 3.4 仿真實驗對比44-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 四旋翼飛行器半實物平臺實物實驗50-64
• 4.1 四旋翼飛行器半實物平臺介紹50-51
• 4.1.1 系統(tǒng)組成50
• 4.1.2 系統(tǒng)控制軟件50-51
• 4.2 實時控制實驗51-63
• 4.2.1 LQR控制51-55
• 4.2.2 Backstepping控制55-57
• 4.2.3 Integral Backstepping控制57-63
• 4.2.3.1 基于Integral Backstepping的飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計57-59
• 4.2.3.2 穩(wěn)定性分析59
• 4.2.3.3 實物實驗59-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀碩士學位期間的論文及科研情況70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：257278