【摘要】：隨著機器人以及人工智能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,已經(jīng)有越來越多的飛行器(UAVs,unmanned aerial vehicles)應(yīng)用到工業(yè)活動以及人們的日常生活當(dāng)中,這些無人機駕駛機器人當(dāng)中最有代表性的就是四螺旋槳飛行器。四個由直流無刷電機驅(qū)動的螺旋槳為飛行器提供動力,具有靈活、可操作性強的特點,同時,四螺旋槳飛行器是需要控制的狀態(tài)量的數(shù)量小于控制輸入的數(shù)量、且可以控制的狀態(tài)變量數(shù)量較多、一個狀態(tài)量的變化會導(dǎo)致其他狀態(tài)量的變化的綜合非線性系統(tǒng),研究清楚了四螺旋槳飛行器對控制理論的發(fā)展意義較大。在這篇學(xué)位論文里面把四螺旋槳飛行器現(xiàn)在的市場應(yīng)用,遇到的問題和研究難點從源頭到如今都整理分析了一遍,并以坤色公司提供的無人機實際飛行實驗平臺為研究對象,進行了建模,并提出了一種基于ESO的積分滑模控制策略,主要有以下幾個方面的內(nèi)容:第一,因為四螺旋槳飛行器的需要控制的狀態(tài)量的數(shù)量小于控制輸入的數(shù)量、且可以控制的狀態(tài)變量數(shù)量較多、一個狀態(tài)量的變化會導(dǎo)致其他狀態(tài)量的變化的特性,推導(dǎo)出飛行器的數(shù)學(xué)表達式比較困難。本文分析了了四螺旋槳飛行器的幾種常規(guī)受力情況分析:在空中定點不動,垂直向上飛或向下飛,在空中前后以及左右以及水平偏轉(zhuǎn)運動,然后建立地球參考位置和飛行器飛行器參考位置來對飛行器進行受力分析并把它當(dāng)成一個不會受外力而改變形狀的物體,計算出它的非線性表達式。其次,設(shè)計四螺旋槳飛行器的ADRC姿態(tài)控制器。在分析了跟蹤微分器原理的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了系統(tǒng)輸入的最速控制綜合函數(shù)公式;然后分析了擴展狀態(tài)觀測器的算法原理,推導(dǎo)了該公式�；贏DRC的姿態(tài)控制器由飛行器各通道的解耦模型設(shè)計。通過Matlab/Simulink仿真比較了分別使用自抗擾控制器和PID控制器時四螺旋槳飛行器軌跡跟蹤的效果。再次,結(jié)合滑�？刂萍夹g(shù)和自抗擾控制技術(shù)的思想,提出了基于ESO的積分滑�？刂撇呗�。首先分析了滑�？刂频脑砼c特性,針對SMC無法在趨近過程提供魯棒性的問題引出了積分滑�？刂扑枷�,推導(dǎo)了積分切換面和積分滑�？刂破鞯墓�。針對切換面符號函數(shù)的系數(shù)太大會導(dǎo)致抖振現(xiàn)象的問題,利用擴張狀態(tài)觀測器補償系統(tǒng)中的總擾動,進一步提高ISMC控制器的魯棒性。通過仿真比較了LQR控制器、ISMC控制器和ESO-ISMC控制器在受到額外干擾條件下的控制效果。第四,在Qball-X4實驗平臺進行實際飛行實驗,驗證本文所提出算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.1
【圖文】：

3圖1.1 威斯康星麥迪遜的HMX4 圖1.2 佐治亞理工學(xué)院的Mesicopter加州理工學(xué)院針對多智能體的一致性問題和協(xié)同控制問題利用自己生產(chǎn)的MIT 飛行器實現(xiàn)了協(xié)同控制。并利用圖論中的生成樹相通等理論證明了這個一致性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可達到性，并對飛行軌跡進行規(guī)劃。這個由多智能體系統(tǒng)構(gòu)成的飛行器系統(tǒng)已經(jīng)可以完成多項任務(wù)，例如聯(lián)合救援，森林火災(zāi)的探索與撲滅，空中特技飛行表演等[19]。我國研究四螺旋槳飛行器比外國晚了一段時間，但近些年學(xué)習(xí)海外高校與研究所的新論文和大學(xué)研究師生的努力科研，也做出了很多不錯的成績。國防科技大學(xué)在 2004 年開始建設(shè)四螺旋槳飛行器的科研實驗室，在 06 年底基本完成原型樣機設(shè)計，并了做出了基于 Backstepping 和 ADRC 的用于多螺旋建飛機的飛行控制系統(tǒng)[20,21]，還使用率多信息融合的擴展卡爾曼濾波算法對姿態(tài)角進行狀態(tài)估計[22]。隨后華中科技大學(xué)

3圖1.1 威斯康星麥迪遜的HMX4 圖1.2 佐治亞理工學(xué)院的Mesicopter加州理工學(xué)院針對多智能體的一致性問題和協(xié)同控制問題利用自己生產(chǎn)的MIT 飛行器實現(xiàn)了協(xié)同控制。并利用圖論中的生成樹相通等理論證明了這個一致性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可達到性，并對飛行軌跡進行規(guī)劃。這個由多智能體系統(tǒng)構(gòu)成的飛行器系統(tǒng)已經(jīng)可以完成多項任務(wù)，例如聯(lián)合救援，森林火災(zāi)的探索與撲滅，空中特技飛行表演等[19]。我國研究四螺旋槳飛行器比外國晚了一段時間，但近些年學(xué)習(xí)海外高校與研究所的新論文和大學(xué)研究師生的努力科研，也做出了很多不錯的成績。國防科技大學(xué)在 2004 年開始建設(shè)四螺旋槳飛行器的科研實驗室，在 06 年底基本完成原型樣機設(shè)計，并了做出了基于 Backstepping 和 ADRC 的用于多螺旋建飛機的飛行控制系統(tǒng)[20,21]，還使用率多信息融合的擴展卡爾曼濾波算法對姿態(tài)角進行狀態(tài)估計[22]。隨后華中科技大學(xué)

四螺旋槳飛行器控制原理器建模的準確性是研究先進的改善飛個常用參考位置的定義，地球參考位方面進行推導(dǎo)公式，計算出飛行器的旋槳飛行器行器是由 Quanser 公司研制的 Qball器被一圈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保護著，有著碳原飛行器撞到人或者建筑物內(nèi)的東西對行器的正中心為飛行器控制系統(tǒng)硬件于每個支架臂的中點，且離飛行器中供升力進行飛行。

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本文編號：2744573