【摘要】：隨著AI技術飛速發(fā)展,智能控制技術在無人系統(tǒng)控制領域被廣泛應用,四旋翼無人機就是其中之一。不同于經典構型的無人機,四旋翼無人機憑借其結構特點,可以通過更簡單的控制方式飛行,但由于其四輸入、六自由度的特性,導致系統(tǒng)是靜不穩(wěn)定的,且具有非線性、欠驅動、強耦合等特點,是一種典型的不確定非線性系統(tǒng)。云模型控制理論是以使用計算數據模擬出人為的控制效果為主體思想,在不需要精準被控對象的模型的情況下,通過云模型定性推理的辦法,以達到復雜非線性系統(tǒng)的控制需求,不但能夠保存受控對象以及環(huán)境中存在的不確定性,并且對于系統(tǒng)狀態(tài)參數以及狀態(tài)的改變具有較好的適應性和魯棒性,具有強大的非線性處理能力。本文的創(chuàng)新之處在于將云模型理論應用于四旋翼無人機控制系統(tǒng)中,并且引入遺傳算法對二維復合云模型的驅動因子進行自整定優(yōu)化。本文的工作從以下幾個方面展開:(1)非線性動力學建模。采用歐拉方程和牛頓力學定律分析四旋翼無人機的飛行原理,針對四旋翼無人機的三種線運動以及三種角運動的六個自由度運動方式,推導出其氣動力和力矩特性,求出了四旋翼無人機的非線性全狀態(tài)反饋方程,為進一步研究控制算法奠定基礎。(2)設計四旋翼無人機控制系統(tǒng)及一維復合云模型控制器。根據四旋翼無人機的非線性動力學模型,采用一種內外環(huán)和增加虛擬控制量的方法對模型進行解耦,并設計出實驗所需的控制系統(tǒng);基于一維云模型推理映射算法設計了一維復合云模型控制器,并進行了相關仿真對比實驗。(3)設計四旋翼無人機二維復合云模型控制器。四旋翼無人機實際工作環(huán)境存在不確定性擾動影響,針對一維復合云模型控制器在存在外界干擾的情況時控制效果不佳的問題,引入二維云模型推理映射算法,設計出一種二維復合云模型控制器,并在相關假設環(huán)境中進行仿真實驗。(4)設計遺傳算法優(yōu)化的二維復合云模型控制器。由于四旋翼無人機的強耦合特性,依賴經驗知識和調試整定的云模型驅動因子難以達到最佳控制效果,為了實現真正意義上的云模型參數自整定控制器,引入遺傳算法理論對設計的二維復合云模型控制器進行優(yōu)化,使用遺傳算法計算驅動因子,并進行相關仿真對比實驗。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.1

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