四旋翼無人機(jī)因體積小、靈活機(jī)動(dòng)、負(fù)載能力較強(qiáng)且成本低等諸多優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。四旋翼無人機(jī)是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng),執(zhí)行特殊任務(wù)時(shí)會(huì)受到運(yùn)動(dòng)加速度和磁場干擾,對(duì)姿態(tài)解算精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響,且飛行時(shí)極易受到風(fēng)場干擾,影響系統(tǒng)魯棒性和軌跡跟蹤精度。為了提高姿態(tài)解算對(duì)運(yùn)動(dòng)加速度和磁干擾的抑制能力以及飛行控制器的抗風(fēng)性能,本文圍繞姿態(tài)解算和飛行控制兩大方面展開了抗擾研究。論文的主要內(nèi)容如下:（1）針對(duì)四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)具有欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合和非線性特性,采用牛頓-歐拉法推導(dǎo)并建立了非線性動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。為探究四旋翼無人機(jī)飛行控制器的抗風(fēng)性能,建立了風(fēng)切變和Dryden大氣紊流數(shù)學(xué)模型,兩者疊加并運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)入非線性動(dòng)力學(xué)模型,得到了帶有風(fēng)擾因子的動(dòng)力學(xué)模型。（2）考慮到MEMS傳感器誤差,建立了誤差模型并進(jìn)行了誤差標(biāo)定校正。由于單傳感器估算姿態(tài)不準(zhǔn)確,為了提高姿態(tài)解算精度,分別設(shè)計(jì)了基于互補(bǔ)濾波和梯度下降原理的姿態(tài)解算算法�？紤]到固定步長影響梯度下降法性能,采用了Nesterov加速梯度融合9軸傳感器數(shù)據(jù),同時(shí)為了提高姿態(tài)解算對(duì)運(yùn)動(dòng)加速度和磁干擾的抑制能力,結(jié)合模糊控制... 

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 課題研究背景及意義
        1.1.1 無人機(jī)定義與分類
        1.1.2 四旋翼無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域
        1.1.3 研究目的及意義
    1.2 四旋翼無人機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 四旋翼無人機(jī)姿態(tài)解算與飛行控制研究現(xiàn)狀
        1.3.1 姿態(tài)解算研究現(xiàn)狀
        1.3.2 飛行控制研究現(xiàn)狀
    1.4 研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排
第2章 風(fēng)擾下四旋翼無人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模
    2.1 四旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)組成及飛行原理
        2.1.1 一般化結(jié)構(gòu)組成
        2.1.2 飛行原理
    2.2 姿態(tài)描述及坐標(biāo)變換
        2.2.1 坐標(biāo)系及歐拉角定義
        2.2.2 坐標(biāo)變換
    2.3 四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)模型建立
        2.3.1 動(dòng)力學(xué)建模
        2.3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
        2.3.3 動(dòng)力學(xué)模型簡化
    2.4 風(fēng)場下四旋翼無人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模
        2.4.1 風(fēng)場建模
        2.4.2 風(fēng)場下動(dòng)力學(xué)建模
    2.5 本章小結(jié)
第3章 模糊Nesterov加速梯度姿態(tài)解算算法設(shè)計(jì)
    3.1 MEMS傳感器誤差建模及校正
        3.1.1 陀螺儀誤差建模及校正
        3.1.2 加速度計(jì)誤差建模及校正
        3.1.3 磁力計(jì)誤差建模及校正
    3.2 基于四元數(shù)法的姿態(tài)解算模型
        3.2.1 四元數(shù)定義及旋轉(zhuǎn)矩陣
        3.2.2 四元數(shù)與歐拉角相互轉(zhuǎn)換
        3.2.3 基于四元數(shù)法的姿態(tài)更新
    3.3 互補(bǔ)濾波姿態(tài)解算算法設(shè)計(jì)
        3.3.1 互補(bǔ)濾波器原理
        3.3.2 互補(bǔ)濾波姿態(tài)解算融合定姿
    3.4 梯度下降姿態(tài)解算算法設(shè)計(jì)
        3.4.1 梯度下降原理
        3.4.2 梯度下降姿態(tài)解算融合定姿
    3.5 基于模糊控制的Nesterov加速梯度姿態(tài)解算算法設(shè)計(jì)
        3.5.1 Nesterov加速梯度分析
        3.5.2 基于模糊控制的Nesterov加速梯度姿態(tài)解算融合定姿
    3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        3.6.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建
        3.6.2 結(jié)果與分析
    3.7 本章小結(jié)
第4章 基于經(jīng)典PID與滑�？刂频乃男頍o人機(jī)控制器設(shè)計(jì)
    4.1 基于經(jīng)典PID的控制器設(shè)計(jì)
        4.1.1 PID控制原理
        4.1.2 系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)分析
        4.1.3 位置子系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
        4.1.4 姿態(tài)子系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)
    4.2 基于滑模控制的控制器設(shè)計(jì)
        4.2.1 滑�？刂圃�
        4.2.2 位置控制器設(shè)計(jì)
        4.2.3 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)
    4.3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.3.1 系統(tǒng)仿真模型與參數(shù)
        4.3.2 結(jié)果與分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 基于ESO-DISMC的四旋翼無人機(jī)控制器設(shè)計(jì)
    5.1 基于雙冪次趨近律抖振抑制
        5.1.1 滑模控制器抖振分析
        5.1.2 雙冪次趨近律特性分析
    5.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器
    5.3 基于ESO-DISMC的控制器設(shè)計(jì)
        5.3.1 位置控制器設(shè)計(jì)
        5.3.2 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)
        5.3.3 基于ESO擾動(dòng)觀測與反饋補(bǔ)償
    5.4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.4.1 系統(tǒng)仿真模型與參數(shù)
        5.4.2 仿真結(jié)果與分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果



本文編號(hào)：3668425