四旋翼無人機是一種常見的小型無人機,起降方便,能夠應(yīng)用在航拍、災(zāi)難救援、測繪、電力巡檢等領(lǐng)域,具有很強的實際應(yīng)用價值。本文主要從四旋翼無人機研究背景、系統(tǒng)動力學(xué)分析與建模、滑模控制律設(shè)計、卡爾曼濾波數(shù)據(jù)融合、自主飛行試驗等幾個方面對四旋翼無人機展開研究。分別從軟件和硬件兩個方面對無人機的飛行質(zhì)量進行了優(yōu)化。首先,根據(jù)四旋翼無人機的機身結(jié)構(gòu)分析了無人機的飛行原理,根據(jù)無人機的線運動和角運動建立其數(shù)學(xué)模型,同時建立了作為無人機飛行執(zhí)行機構(gòu)的電機模型。其次,考慮到四旋翼無人機的建模誤差和模型對外擾敏感的特點,采用了滑模控制作為無人機的飛控算法,分別設(shè)計了無人機的位置滑�？刂破骱妥藨B(tài)滑模控制器。并對設(shè)計的控制器進行了Matlab仿真,驗證了滑模控制算法對無人機姿態(tài)角和位置控制的有效性。接著,針對四旋翼無人機各傳感器性能單一,無法滿足對其姿態(tài)角和位置準確追蹤的特點,采用卡爾曼濾波算法對多個傳感器進行數(shù)據(jù)融合,得到比單一信息源更連續(xù)準確可靠的導(dǎo)航信息。最后,完成四旋翼無人機硬件部分總體設(shè)計。在進行機身硬件設(shè)計時結(jié)合無人機的飛行環(huán)境、無人機抗外擾能力、控制算法程序設(shè)計、零部件的成本等因素。用設(shè)計好的... 

【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

固定翼無人機

.1 研究背景及意義無人機全稱無人駕駛飛機（UAV，Unmanned Aerial Vehicle），是一種依靠攜帶的飛行控制裝置和無線遙控設(shè)備操縱的不載人飛行器。通過自身攜帶的設(shè)備和飛行控制系統(tǒng)，無人機可以脫離遙控器自動駕駛，實現(xiàn)超視距飛行[1前世界上存在成千上萬種不同構(gòu)造的無人機，根據(jù)不同的機身結(jié)構(gòu)大體上可為固定翼無人機和旋翼無人機。固定翼無人機機身外形類似于常見的大型載機，其動力來自電機的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的推力。旋翼無人機的飛行是依靠電機轉(zhuǎn)動的升力來平衡自身的重力，通過改變電機的轉(zhuǎn)速來保持自身穩(wěn)定及實現(xiàn)不同姿態(tài)。旋翼無人機獨特的機身機械構(gòu)造使得它的飛行起降對場地要求低，同完成許多固定翼無人機不能完成的復(fù)雜機身動作，例如，定點懸停、垂直起[2-3]。此外旋翼無人機與固定翼型無人機相比具有有效荷載大、控制結(jié)構(gòu)簡單行穩(wěn)定性好等優(yōu)點。旋翼無人機獨特的優(yōu)點使得它成為了近年來各大科研單企業(yè)競相研究的對象。同時，近年來隨著無人機搭載的各種傳感器精度不斷和微處理器性能的不斷提升為旋翼無人機的迅猛發(fā)展提供了很好的硬件支撐圖 1-1 是一種常見的固定翼型無人機，圖 1-2 是一種常見的旋翼無人機。

圖 1-3 Breguet 兄弟飛行試驗圖 1-4 法國 AR.Drone 無人機 圖 1-5 大疆 Phantom 無人機國外的科研單位對無人機的研究比較早，研究的也更深入。日本的千葉大學(xué)采用德國公司 Ascending Technologies 生產(chǎn)的 X-3D-BL 型四旋翼無人機進行研究，該無人機融合了 GPS 模塊，IMU 單元和 WIFI 模塊具有機身小荷載大等優(yōu)點。美國的斯坦福大學(xué)研究了 STARMAC I 型和 II 型兩套四旋翼系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了上下兩層控制系統(tǒng)，上層系統(tǒng)采用 PC104 計算機芯片，下層采用 AVR 單片

【參考文獻】：
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