四旋翼無人機作為當(dāng)今人工智能領(lǐng)域極具代表性的產(chǎn)物,其日漸成熟的飛行控制技術(shù),使得它在現(xiàn)實生活中被廣泛地應(yīng)用。然而它在執(zhí)行目標(biāo)飛行任務(wù)時很容易被外界干擾以及無人機自身突發(fā)故障所影響,導(dǎo)致無人機飛行姿態(tài)不穩(wěn)定。因此研究具有抗干擾與容錯功能的四旋翼無人機控制系統(tǒng),對提高無人機飛行控制的安全性和可靠性,具有重大的意義。本文主要從四旋翼無人機的抗干擾控制技術(shù)以及故障容錯控制技術(shù)這兩方面開展如下工作:（1）分別構(gòu)建四旋翼無人機的運動學(xué)模型與動力學(xué)模型,依據(jù)無人機常見的干擾形式與故障形式,構(gòu)建了存在外界干擾和執(zhí)行器失效故障兩種情況下的四旋翼無人機模型,進而構(gòu)建了存在外界干擾與執(zhí)行器故障同時發(fā)生情況下的四旋翼無人機模型。依據(jù)現(xiàn)代控制理論,分別建立以上三種情況下四旋翼無人機系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。（2）當(dāng)四旋翼無人機模型中存在未知外界干擾時,本章提出了一種基于區(qū)間觀測器的抗干擾控制方法。根據(jù)正系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)直接設(shè)計了基于線性矩陣不等式的區(qū)間觀測器,引入自由度參數(shù),估計出外界干擾值,然后設(shè)計含有干擾補償功能的控制器,有效地抑制干擾項,從而達到無人機穩(wěn)定飛行,實現(xiàn)四旋翼無人機的抗干擾控制。（3）當(dāng)四旋翼無人機... 

【文章來源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

四旋翼無人機機型圖

制系統(tǒng)研究花費了大量人力與物力。在軍隊里，邊防戰(zhàn)士可以利用四旋翼無人機替代自己在危險系數(shù)較高的邊境線進行巡防。生活中，它可以被應(yīng)用于植被保護，農(nóng)田農(nóng)藥噴灑，商業(yè)娛樂演出等方面。除此之外，四旋翼無人機優(yōu)越的安全可靠性，強大的飛行穩(wěn)定性，在搭載了攝影機后可以達到360度無死角拍攝，獲取高清視頻，實時直播。憑借這些優(yōu)點還可以幫助國家電網(wǎng)實現(xiàn)對偏遠地區(qū)的電力巡檢，這大大降低了人工巡檢的成本和失誤率，大大降低了人工巡檢電網(wǎng)發(fā)生意外傷害的幾率，憑此四旋翼無人機在電力巡檢有著得天獨厚的優(yōu)勢[5]。如圖1.3所示，在偏遠地區(qū)四旋翼無人機進行電力巡檢任務(wù)。圖1.2四旋翼無人機機型圖圖1.3四旋翼無人機戶外電力巡檢圖如今無人機憑借自身的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為了滿足多樣化的任務(wù)需求，其機體結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜。萬物都有兩面性，無人機在各個領(lǐng)域大顯身手的同時，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化會引起各式各樣的故障，影響其期望飛行的目標(biāo)，更有嚴(yán)重的會造成巨大的財產(chǎn)損失。根據(jù)統(tǒng)計，自1999年至2019年，美國“捕食者”號無人機在執(zhí)行任務(wù)飛行期間總共發(fā)生65起事故，造成近450萬美元的經(jīng)濟損失；2020年2月印度空軍在印度西部地區(qū)進行無人機性能測試，但因為技術(shù)故障問題丟失了3架無人機。其中兩架墜毀消失，僅有1架無人機被找回，搜尋工作仍在進行中。文獻[6]介紹了近幾年無人機飛行過程常見的故障類型，因電機故障失去控制的事件數(shù)量占了很大的比例。因此，增強無人機的抗干擾控制和容錯控制，提升無人機飛控的安全性與可靠性尤為重要。四旋翼無人機是一種小型無人機,它具有靈活度高、自主懸停、對起降場地幾乎沒有要求、維護簡單、成本低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。但它常常在執(zhí)行任務(wù)飛行過程

南京信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文10第二章四旋翼無人機模型建立及預(yù)備知識本章詳細分析了四旋翼無人機的主體結(jié)構(gòu)，給出了清晰的原理構(gòu)造圖，介紹了四旋翼無人機的升降運動、俯仰運動、滾轉(zhuǎn)運動以及偏航運動的飛行原理。與固定翼無人機相比，四旋翼無人機對升降的場地要求較低，能夠靈活地執(zhí)行各種特殊任務(wù)。但當(dāng)四旋翼無人機處于復(fù)雜的外部環(huán)境時，容易受到外部未知因素的干擾以及執(zhí)行器突發(fā)故障的影響，無人機的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅，從而導(dǎo)致無法挽回的經(jīng)濟損失。除此之外，本章還介紹了四旋翼飛行器的運動學(xué)模型以及狀態(tài)空間模型，詳細解析了電機轉(zhuǎn)速與輸出升力兩者之間的的關(guān)系，分別構(gòu)建了存在外界干擾、執(zhí)行器發(fā)生故障以及兩者情況同時發(fā)生時的四旋翼無人機模型。依據(jù)現(xiàn)代控制理論，分別構(gòu)建了上述三種情況下四旋翼無人機系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。最后對本文將要使用的線性矩陣不等式（LMI）方法以及部分證明引理做了介紹。此外，避免重復(fù)論述，對如下符號進行定義。上標(biāo)“T”代表矩陣的轉(zhuǎn)置，mnP=代表P為mn階的實數(shù)域矩陣，“”代表矩陣的左偽逆，“1”代表標(biāo)量的倒數(shù)與矩陣的逆矩陣，“”代表對稱矩陣的對稱位置。2.1無人機結(jié)構(gòu)及飛行原理2.1.1無人機機體結(jié)構(gòu)與固定翼無人機不同的是，四旋翼無人機主要通過調(diào)節(jié)四個電機的旋轉(zhuǎn)速度來改變輸出升力和扭矩，進而達到期望的飛行姿態(tài)與位置，完成指定的飛行動作。生活中多見的四旋翼無人機機體結(jié)構(gòu)共有“十型”、“X型”兩種布局[42]，本文采用的是X型無人機，結(jié)構(gòu)圖具體詳見圖2.1。圖2.1四旋翼結(jié)構(gòu)圖2.1.2無人機飛行原理四旋翼飛行器系統(tǒng)是比較復(fù)雜的非線性欠驅(qū)動系統(tǒng)，有著較強的軸間耦合，本文為

【參考文獻】：
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碩士論文
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[3]基于機器視覺的無人機電力巡線技術(shù)研究[D]. 李高磊.安徽理工大學(xué) 2016
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本文編號：3145853