【摘要】：迅速發(fā)展的科學技術(shù)改變?nèi)祟惿鐣?快遞的空中投送,航拍的流行,飛行器駕駛等逐漸滲入人們?nèi)粘Ｉ�。兒時假期所放的風箏,也逐漸消失,取而代之的是遙感飛行器。飛行器由于其機動性好,適應(yīng)力強,結(jié)構(gòu)簡單,造價低等優(yōu)點被廣泛用于軍事戰(zhàn)爭和民用生活。微電機技術(shù),能源存儲技術(shù)、控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及民用飛行器市場的日益擴大,掀起了國內(nèi)外研究熱潮。本文就四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)進行了研究,設(shè)計了四旋翼飛行器的串級PD姿態(tài)控制系統(tǒng),自抗擾姿態(tài)控制系統(tǒng),改進型自抗擾姿態(tài)控制系統(tǒng)與PD位置控制系統(tǒng)。本文對四旋翼飛行器的發(fā)展歷史、機體結(jié)構(gòu)、飛行原理、控制系統(tǒng)研究情況進行了簡述,結(jié)合經(jīng)典力學,空氣動力學等相關(guān)知識,根據(jù)牛頓歐拉方程對四旋翼飛行器建立了動力學模型。同時考慮到四旋翼飛行器在空中飛行時易受到紊流風場的影響,根據(jù)Dryden模型對紊流風場的描述,建立紊流風場模型。分析了紊流風場中四旋翼飛行器受力情況。在MATLAB/Simulink里搭建了四旋翼飛行器的動力學模型和紊流風場模型。考慮系統(tǒng)具有非線性、強耦合、欠驅(qū)動、模型參數(shù)與內(nèi)部參數(shù)不確定、易受外界干擾等特性,設(shè)計了基于串級PD控制的飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)。在simulink上進行仿真驗證,根據(jù)仿真結(jié)果分析了串級PD的控制性能與在紊流風場作用下的控制性能。由串級PD控制性能的優(yōu)缺點引出自抗擾控制器,分析四旋翼飛行器的自抗擾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上設(shè)計了飛行器離散型自抗擾姿態(tài)控制系統(tǒng),進行仿真。自抗擾獲得較好的控制性能,并與串級PD控制系統(tǒng)進行對比分析,仿真結(jié)論:自抗擾控制器具有更快的調(diào)節(jié)時間;控制系統(tǒng)沒有超調(diào)量;以及在紊流風場作用,自抗擾控制器可以獲得更好的抗風性能�？紤]飛行器易受到較大干擾,為了獲得更好的控制性能,提高自抗擾控制器的狀態(tài)量的跟蹤性能以及控制器抗干擾能力,對自抗擾控制器進行改進。先對自抗擾控制器采用fal函數(shù)的特性進行了分析,再對自抗擾控制中的fal函數(shù)進行改進,得到更優(yōu)的newfal函數(shù)。采用newfal函數(shù)設(shè)計自抗擾控制器,并對擴張狀態(tài)觀測器的穩(wěn)定性進行分析。采用改進型自抗擾控制器對飛行器的控制系統(tǒng)進行仿真,同時設(shè)計了四旋翼飛行器的位置控制。仿真結(jié)論:改進的自抗擾控制器的擴張狀態(tài)觀測器的狀態(tài)量跟隨效果比原自抗擾跟隨效果更優(yōu),調(diào)節(jié)時間更短,在遇到較大干擾時,對干擾的估計更精確,抗干擾能力更強。
【圖文】：

仿真表明反ki法可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，跟蹤性能好。文獻[9]針對四旋翼飛行器采用反法，對控制器參數(shù)采用粒子群算法進行了優(yōu)化整定，仿真驗證了反ki法的可行性。反ki方法的魯棒性較差，需要精確的數(shù)學模型，，抗干擾能力較差，需要對其進行實的動態(tài)補償。(4)自適應(yīng)控制。自適應(yīng)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)自身控制參數(shù)和特性來適應(yīng)系統(tǒng)和動態(tài)擾動的化，因此自適應(yīng)控制方法適合未知系統(tǒng)模型。四旋翼飛行器易受到干擾，且系統(tǒng)參難易識別，自適應(yīng)控制很好的解決這些問題。C.David 等[10]采用自適應(yīng)非線性控制法，對四旋翼飛行器的飛行的擾動進行補償，穩(wěn)定了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)控制性，減少了跟蹤誤差。L.Taeyoung[11]設(shè)計了基于自適應(yīng)魯棒控制的四旋翼飛行器的控器，很好的解決系統(tǒng)參數(shù)的不確定性的問題，提高了控制的精度。四旋翼飛行器的研究不僅誕生了很多優(yōu)秀理論成果，還有一系列四旋翼飛行器的品。美國 Draganflyer 公司采用炭纖維和高效能塑料作為機身材料，通過遙控裝置進姿態(tài)調(diào)節(jié)和控制，研發(fā) X-Pro 飛行器遙控航模，是四旋翼飛行器的典型代表。該飛器的四個旋翼可以折疊，便于運輸和保存，主要用于航拍，如圖 1.1。

仿真表明反ki法可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，跟蹤性能好。文獻[9]針對四旋翼飛行器采用反法，對控制器參數(shù)采用粒子群算法進行了優(yōu)化整定，仿真驗證了反ki法的可行性。反ki方法的魯棒性較差，需要精確的數(shù)學模型，抗干擾能力較差，需要對其進行實的動態(tài)補償。(4)自適應(yīng)控制。自適應(yīng)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)自身控制參數(shù)和特性來適應(yīng)系統(tǒng)和動態(tài)擾動的化，因此自適應(yīng)控制方法適合未知系統(tǒng)模型。四旋翼飛行器易受到干擾，且系統(tǒng)參難易識別，自適應(yīng)控制很好的解決這些問題。C.David 等[10]采用自適應(yīng)非線性控制法，對四旋翼飛行器的飛行的擾動進行補償，穩(wěn)定了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)控制性，減少了跟蹤誤差。L.Taeyoung[11]設(shè)計了基于自適應(yīng)魯棒控制的四旋翼飛行器的控器，很好的解決系統(tǒng)參數(shù)的不確定性的問題，提高了控制的精度。四旋翼飛行器的研究不僅誕生了很多優(yōu)秀理論成果，還有一系列四旋翼飛行器的品。美國 Draganflyer 公司采用炭纖維和高效能塑料作為機身材料，通過遙控裝置進姿態(tài)調(diào)節(jié)和控制，研發(fā) X-Pro 飛行器遙控航模，是四旋翼飛行器的典型代表。該飛器的四個旋翼可以折疊，便于運輸和保存，主要用于航拍，如圖 1.1。
【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】：V249.1

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本文編號：2707260