四旋翼飛行器因結(jié)構(gòu)簡單、可垂直升降、易于維護(hù)、隱蔽性好、具有良好的負(fù)載能力等特點(diǎn)而得到越來越高的關(guān)注度,其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、軍事偵查、電力巡檢、消防監(jiān)控、快遞運(yùn)輸、視頻娛樂等諸多領(lǐng)域。隨著四旋翼飛行器在實(shí)際中的應(yīng)用越來越廣泛,對(duì)其控制的精度和廣度有了越來越高的要求。本文以QBall2四旋翼飛行器為研究對(duì)象,對(duì)四旋翼飛行器的控制方法及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤進(jìn)行相關(guān)研究。主要進(jìn)行的工作如下:首先,對(duì)四旋翼飛行器及其控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,介紹了四旋翼飛行器的主要組成,并對(duì)其飛行原理進(jìn)行分析,建立其數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)控制策略,介紹了QBall2所需的Quanser實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其次,對(duì)四旋翼飛行器幾種常用控制方法進(jìn)行介紹,分析所介紹控制方法優(yōu)缺點(diǎn)�？刂破髟O(shè)計(jì)采用雙閉環(huán)方式。出于安全考慮,對(duì)內(nèi)環(huán)回路提出了有界控制器的設(shè)計(jì)方法;針對(duì)四旋翼飛行器容易受到外界干擾影響的特點(diǎn),提出了基于Super-twisting算法的觀測(cè)器設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文選用控制方法的有效性及較好的控制性能。再次,結(jié)合運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤策略,把所設(shè)計(jì)的控制算法應(yīng)用到四旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。運(yùn)用傳感器融合技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對(duì)其... 

【文章來源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

固定翼無人機(jī)

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2動(dòng)系統(tǒng)，控制難度較高，負(fù)載能力一般。其中民用四旋翼無人機(jī)制造的佼佼者是大疆，如圖2所示為大疆悟Inspire2和御Mavic2，這兩種小型機(jī)搭載云臺(tái)，主要用于消費(fèi)型航拍和專業(yè)航拍。圖1-2旋翼型無人機(jī)Fig.1-2RotorwingUAV（3）撲翼無人機(jī)是一種模擬鳥類或者昆蟲飛行的無人機(jī)，其機(jī)翼靈活多變，具有一些混合構(gòu)型或可變構(gòu)型，其具有體積孝重量輕、功能強(qiáng)、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，但其運(yùn)動(dòng)機(jī)理復(fù)雜。目前，美國加州理工學(xué)院仿效蝙蝠已經(jīng)研發(fā)了配備變形機(jī)翼的BatBot無人機(jī)，如圖3左圖所示。圖3右圖是2010年的珠海航展上的一架國內(nèi)公司的產(chǎn)品，ASN21。撲翼型無人機(jī)由于撲翼的材料技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、能源技術(shù)的限制，發(fā)展還較少。圖1-3撲翼型無人機(jī)Fig.1-3FlappingwingUAV無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，也有很多的里程式成就，但還不能滿足具體任務(wù)的多種多樣的需求。尤其是在自動(dòng)駕駛技術(shù)、人機(jī)接口效果改進(jìn)、感知和規(guī)避技術(shù)、飛行持續(xù)時(shí)間延長技術(shù)等方面，仍需要加大力度發(fā)展，以支持無人機(jī)技術(shù)的長足發(fā)展[5]。本文主要研究的是四旋翼飛行器，英文名稱為Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飛行器擁有四個(gè)旋翼，其結(jié)構(gòu)對(duì)稱、緊湊且簡單，成本比較低廉，可控性較強(qiáng)，控制難度相比多旋翼無人機(jī)來說較低。目前，四旋翼飛行器在消費(fèi)市場(chǎng)上已經(jīng)相當(dāng)常見，其控制算法也已被大量提出，但在實(shí)際運(yùn)用中其系統(tǒng)設(shè)計(jì)還涉及一些難題：（1）精確建模困難：四旋翼飛行器在設(shè)計(jì)過程中，其結(jié)構(gòu)不是完全符合剛

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2動(dòng)系統(tǒng)，控制難度較高，負(fù)載能力一般。其中民用四旋翼無人機(jī)制造的佼佼者是大疆，如圖2所示為大疆悟Inspire2和御Mavic2，這兩種小型機(jī)搭載云臺(tái)，主要用于消費(fèi)型航拍和專業(yè)航拍。圖1-2旋翼型無人機(jī)Fig.1-2RotorwingUAV（3）撲翼無人機(jī)是一種模擬鳥類或者昆蟲飛行的無人機(jī)，其機(jī)翼靈活多變，具有一些混合構(gòu)型或可變構(gòu)型，其具有體積孝重量輕、功能強(qiáng)、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，但其運(yùn)動(dòng)機(jī)理復(fù)雜。目前，美國加州理工學(xué)院仿效蝙蝠已經(jīng)研發(fā)了配備變形機(jī)翼的BatBot無人機(jī)，如圖3左圖所示。圖3右圖是2010年的珠海航展上的一架國內(nèi)公司的產(chǎn)品，ASN21。撲翼型無人機(jī)由于撲翼的材料技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、能源技術(shù)的限制，發(fā)展還較少。圖1-3撲翼型無人機(jī)Fig.1-3FlappingwingUAV無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，也有很多的里程式成就，但還不能滿足具體任務(wù)的多種多樣的需求。尤其是在自動(dòng)駕駛技術(shù)、人機(jī)接口效果改進(jìn)、感知和規(guī)避技術(shù)、飛行持續(xù)時(shí)間延長技術(shù)等方面，仍需要加大力度發(fā)展，以支持無人機(jī)技術(shù)的長足發(fā)展[5]。本文主要研究的是四旋翼飛行器，英文名稱為Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飛行器擁有四個(gè)旋翼，其結(jié)構(gòu)對(duì)稱、緊湊且簡單，成本比較低廉，可控性較強(qiáng)，控制難度相比多旋翼無人機(jī)來說較低。目前，四旋翼飛行器在消費(fèi)市場(chǎng)上已經(jīng)相當(dāng)常見，其控制算法也已被大量提出，但在實(shí)際運(yùn)用中其系統(tǒng)設(shè)計(jì)還涉及一些難題：（1）精確建模困難：四旋翼飛行器在設(shè)計(jì)過程中，其結(jié)構(gòu)不是完全符合剛

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于云臺(tái)相機(jī)的四旋翼無人機(jī)跟蹤控制系統(tǒng)[J]. 車玉涵,劉富,康冰.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版). 2019(03)
[2]基于風(fēng)場(chǎng)作用下的四旋翼飛行器建模與控制研究[J]. 鄭航,陳濱,方景龍.  工業(yè)控制計(jì)算機(jī). 2019(03)
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[5]四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 楊則允,李猛,張全.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(34)
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[7]風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下四旋翼飛行器抗干擾研究[J]. 趙元魁,王耀力.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2019(04)
[8]基于擴(kuò)張觀測(cè)器的輸入受限四旋翼飛行器軌跡跟蹤動(dòng)態(tài)面輸出反饋控制[J]. 沈智鵬,曹曉明.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2018(12)
[9]基于多體系統(tǒng)傳遞矩陣法的四旋翼飛行器振動(dòng)建模[J]. 范肖肖,賀嘉璠,戚國慶,李銀伢,盛安冬.  電子設(shè)計(jì)工程. 2018(16)
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碩士論文
[1]基于分?jǐn)?shù)階PID的四旋翼飛行器控制[D]. 張騰云.天津工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3310549