【摘要】：在控制、通信、人工智能和互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)不斷發(fā)展,多旋翼無人機(jī)軟件、硬件和算法等多方面都趨于成熟的情況下,眾多與無人機(jī)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn),無人機(jī)研究也成為國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注點(diǎn)。無人機(jī)的核心是飛控系統(tǒng),開發(fā)一套穩(wěn)定高效的飛控系統(tǒng)成為無人機(jī)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。仿真技術(shù)作為控制領(lǐng)域和計算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù),普遍用于系統(tǒng)建模與測試,運(yùn)用仿真技術(shù)對飛控系統(tǒng)進(jìn)行性能測試成為開發(fā)飛控系統(tǒng)一個必不可少的過程。本文針對四旋翼無人機(jī),結(jié)合國內(nèi)外對于四旋翼無人機(jī)仿真的研究成果,設(shè)計開發(fā)一套能夠?qū)λ男頍o人機(jī)飛控系統(tǒng)進(jìn)行測試的半物理仿真平臺。通過半物理仿真平臺,不僅可對飛控系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行測試,還可以利用平臺中設(shè)計的環(huán)境仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對飛控系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾能力測試。本文詳細(xì)論述建立四旋翼無人機(jī)半物理仿真平臺的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案,針對各模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計。首先,對四旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行原理進(jìn)行闡述,考慮到四旋翼無人機(jī)在環(huán)境中受到的風(fēng)場作用,本文利用MATLAB建立風(fēng)場擾動下的四旋翼無人機(jī)飛行動力學(xué)模型,同時,基于PID控制方法設(shè)計PID控制器,結(jié)合模糊控制理論,建立模糊規(guī)則,形成模糊PID控制器,并利用Simulink工具對控制器建模。接著,分析開源飛控系統(tǒng)Pixhawk,并進(jìn)行擴(kuò)展開發(fā)。最后,采用六自由度轉(zhuǎn)臺作為半物理仿真平臺的物理效應(yīng)模型,利用Qt Creator開發(fā)工具開發(fā)環(huán)境仿真系統(tǒng),由此形成一套面向復(fù)雜環(huán)境的半物理仿真平臺。測試結(jié)果表明,四旋翼無人機(jī)飛行動力學(xué)模型能夠在風(fēng)場下正確計算,模糊PID控制器為四旋翼無人機(jī)提供優(yōu)秀的控制方案。半物理仿真平臺能夠向基于Pixhawk的飛控系統(tǒng)注入環(huán)境仿真信息并顯示四旋翼無人機(jī)的飛行軌跡和飛行狀態(tài)信息,六自由度轉(zhuǎn)臺能夠復(fù)現(xiàn)無人機(jī)的飛行姿態(tài)。本文設(shè)計的半物理仿真平臺用于飛控系統(tǒng)的開發(fā),對縮短研發(fā)周期,提高控制精度具有良好的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.1;TP273
【圖文】：

邐疆＾邐擺焌逡逑圖１．２邋Ｄｏｎｇｗｏｎ邋Ｊｕｎｇ和Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ邋Ｔｓｉｏｔｒａｓ設(shè)計的半物理仿真平臺結(jié)構(gòu)圖１４１逡逑上述兩種無人機(jī)的半物理仿真平臺是早期最基本的半物理仿真架構(gòu)，它們通過多臺逡逑計算機(jī)運(yùn)行仿真系統(tǒng)中的程序，并實(shí)現(xiàn)彼此通信，來體現(xiàn)半物理仿真平臺的物理特性，逡逑但是如此設(shè)計，計算機(jī)僅僅是作為程序運(yùn)行的載體，并沒有參與到整個系統(tǒng)仿真交互過逡逑程中，因此就沒有完全體現(xiàn)出半物理仿真的優(yōu)勢。逡逑國內(nèi)早期對于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在軍事領(lǐng)域，但是隨著計算機(jī)技術(shù)、逡逑通信技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，對半物理仿真技術(shù)的研宄也成為國內(nèi)許多領(lǐng)域的熱門逡逑方向。目前對于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在高校和部分研宄機(jī)構(gòu)。逡逑２００８年南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院宋煒等人以ＭＡＴＬＡＢ為基礎(chǔ)，搭建兩臺仿真逡逑計算機(jī)

邐疆＾邐擺焌逡逑圖１．２邋Ｄｏｎｇｗｏｎ邋Ｊｕｎｇ和Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ邋Ｔｓｉｏｔｒａｓ設(shè)計的半物理仿真平臺結(jié)構(gòu)圖１４１逡逑上述兩種無人機(jī)的半物理仿真平臺是早期最基本的半物理仿真架構(gòu)，它們通過多臺逡逑計算機(jī)運(yùn)行仿真系統(tǒng)中的程序，并實(shí)現(xiàn)彼此通信，來體現(xiàn)半物理仿真平臺的物理特性，逡逑但是如此設(shè)計，計算機(jī)僅僅是作為程序運(yùn)行的載體，并沒有參與到整個系統(tǒng)仿真交互過逡逑程中，因此就沒有完全體現(xiàn)出半物理仿真的優(yōu)勢。逡逑國內(nèi)早期對于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在軍事領(lǐng)域，但是隨著計算機(jī)技術(shù)、逡逑通信技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，對半物理仿真技術(shù)的研宄也成為國內(nèi)許多領(lǐng)域的熱門逡逑方向。目前對于半物理仿真技術(shù)的研宄主要集中在高校和部分研宄機(jī)構(gòu)。逡逑２００８年南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院宋煒等人以ＭＡＴＬＡＢ為基礎(chǔ)，搭建兩臺仿真逡逑計算機(jī)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 鮑泳林;;某無人機(jī)飛控系統(tǒng)地面半實(shí)物仿真平臺設(shè)計[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報;2015年06期

2 徐誠;黃大慶;孔繁鏘;;一種小型無人機(jī)無源目標(biāo)定位方法及精度分析[J];儀器儀表學(xué)報;2015年05期

3 李勁松;楊煉;王樂天;;小型四旋翼無人直升機(jī)自適應(yīng)優(yōu)化控制[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2015年02期

4 王德爽;李剛;楊寧;;某型自轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)半實(shí)物仿真系統(tǒng)[J];兵工自動化;2014年04期

5 云超;李小民;鄭宗貴;劉品;;中小型無人機(jī)建模分析與仿真研究[J];計算機(jī)仿真;2013年11期

6 張W

本文編號：2715966