隨著計算機硬件技術和軟件算法不斷發(fā)展,四旋翼無人機在民用以及軍事應用中扮演著越來越重要的角色,傳統(tǒng)的導航手段和常規(guī)的控制方法已經(jīng)無法滿足四旋翼無人機日益復雜的任務需求。因此本文將從四旋翼無人機視覺導航算法和軌跡跟蹤控制算法兩個方面展開研究。本文分析了四旋翼無人機飛行機理,介紹了坐標系定義并推導了基于歐拉角和四元數(shù)的坐標變換方程,建立了四旋翼運動學和動力學模型;針對基于歐拉角模型中由位置環(huán)反解算期望歐拉角計算復雜并容易出現(xiàn)飽和的情況,提出的基于四元數(shù)無人機模型可以將位置環(huán)得到的期望加速度通過幾何變換轉(zhuǎn)化為期望的姿態(tài)四元數(shù),簡化了四旋翼無人機系統(tǒng)模型方程,為四旋翼無人機軌跡跟蹤控制系統(tǒng)設計建立了模型基礎;同時設計了無人機視覺導航系統(tǒng)。針對四旋翼無人機GPS導航手段無法在信號被遮擋時精確定位問題,設計了基于L-K光流法目標檢測算法,實現(xiàn)了對動態(tài)目標的檢測;同時本文對目標跟蹤算法進行了研究,介紹了Meanshift算法的原理,在此基礎上實現(xiàn)了Camshift目標跟蹤算法;針對傳統(tǒng)Camshift算法在復雜環(huán)境背景下有相似顏色特征物體干擾,提出融合Kalman濾波的Camshift算法,避免了由...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 視覺檢測與跟蹤技術
        1.2.2 四旋翼無人機控制方法
    1.3 主要研究內(nèi)容與結構安排
        1.3.1 本文的研究內(nèi)容
        1.3.2 本文的組織結構
第2章 四旋翼無人機數(shù)學建模
    2.1 引言
    2.2 四旋翼無人機工作原理分析
    2.3 四旋翼無人機的動力學模型建立及分析
        2.3.1 坐標系定義及姿態(tài)描述
        2.3.2 四旋翼無人機動力學模型
    2.4 視覺導航系統(tǒng)設計
    2.5 本章小結
第3章 視覺導航算法設計
    3.1 引言
    3.2 基于L-K光流法的運動檢測
    3.3 Camshift目標跟蹤算法
        3.3.1 Meanshift算法原理
        3.3.2 Camshift算法原理
        3.3.3 融合Kalman濾波的Camshift算法實現(xiàn)
        3.3.4 實驗結果
    3.4 本章小結
第4章 四旋翼無人機軌跡跟蹤控制系統(tǒng)設計
    4.1 引言
    4.2 自抗擾控制器原理
    4.3 基于自抗擾的四旋翼姿態(tài)解耦控制器設計
        4.3.1 姿態(tài)自抗擾控制器設計
        4.3.2 數(shù)值仿真分析
    4.4 基于非線性模型的控制器設計
        4.4.1 位置環(huán)PD控制器設計
        4.4.2 姿態(tài)環(huán)線性自抗擾控制器設計
        4.4.3 數(shù)值仿真分析
    4.5 本章小結
第5章 系統(tǒng)平臺搭建與飛行實驗
    5.1 引言
    5.2 系統(tǒng)平臺設計
        5.2.1 硬件平臺
        5.2.2 軟件架構
    5.3 四旋翼無人機實際飛行測試
        5.3.1 軌跡跟蹤實驗
        5.3.2 光流懸停實驗
        5.3.3 目標跟蹤實驗
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3742091