本文關(guān)鍵詞：基于運動捕捉系統(tǒng)的四旋翼飛行器導(dǎo)航控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 運動捕捉系統(tǒng) 四旋翼飛行器 導(dǎo)航控制系統(tǒng) 動力學建模 改進PID 反步法 地面站 測試平臺

【摘要】：四旋翼飛行器憑借其體積小、重量輕、操作性好、可垂直起降和定點懸停等優(yōu)勢,在軍事、民用和科技領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。四旋翼飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)的設(shè)計是實現(xiàn)其自主飛行的關(guān)鍵,對四旋翼飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)的研究具有重要的理論和工程應(yīng)用價值。為了更好的對四旋翼飛行器的導(dǎo)航控制系統(tǒng)展開研究,消除傳統(tǒng)的機載傳感器設(shè)備對飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)在實飛環(huán)境下的性能測試和評估帶來的影響。本文引入運動捕捉系統(tǒng),基于此搭建相應(yīng)的測試平臺,對四旋翼飛行器的導(dǎo)航控制系統(tǒng)展開研究。首先,本文在調(diào)研和分析基于運動捕捉系統(tǒng)的四旋翼飛行器導(dǎo)航控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,選取了一種通用的四旋翼飛行器為研究對象,對四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成和運動機理進行了分析,采用牛頓-歐拉法完成了飛行器動力學模型的建立。其次,基于建立的四旋翼飛行器的動力學模型,分別采用改進PID和反步法對四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)進行了設(shè)計,Matlab/Simulink環(huán)境下的懸停測試和追蹤性能測試的仿真結(jié)果表明了所設(shè)計的控制器的有效性和正確性。再次,引入運動捕捉系統(tǒng),對運動捕捉系統(tǒng)的運行機理進行了分析,研究了一種運動捕捉系統(tǒng)下飛行器導(dǎo)航信息的獲取方法并進行了實驗驗證,實驗結(jié)果證明了該方法的可行性和獲取的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的正確性�；赩S 2008開發(fā)工具設(shè)計并開發(fā)了配套的地面站軟件系統(tǒng),定義了相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,完成了四旋翼飛行器測試平臺的搭建。最后,根據(jù)四旋翼飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)的設(shè)計要求,對四旋翼飛行器的導(dǎo)航控制系統(tǒng)進行了軟硬件設(shè)計。在搭建的飛行器測試平臺下,利用設(shè)計的導(dǎo)航控制系統(tǒng)進行了實際的飛行實驗。實驗結(jié)果表明,設(shè)計的導(dǎo)航控制系統(tǒng)的各個硬件模塊均能正常工作,滿足系統(tǒng)在體積、重量、功耗和穩(wěn)定性等方面的要求;設(shè)計的軟件的流程和架構(gòu)合理可行,可靠性高;設(shè)計的地面站系統(tǒng)能夠很好的完成數(shù)據(jù)的接收、處理、顯示、存儲和發(fā)送等全部功能,與運動捕捉系統(tǒng)和飛行器間的配合良好,能夠滿足飛行器實際飛行測試的需求;設(shè)計的控制器能夠很好的完成對四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)控制,具有較好的控制效果。
【關(guān)鍵詞】：運動捕捉系統(tǒng) 四旋翼飛行器 導(dǎo)航控制系統(tǒng) 動力學建模 改進PID 反步法 地面站 測試平臺
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-15
• 縮略詞15-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 課題研究的背景與意義16-17
• 1.2 四旋翼飛行器研究中的關(guān)鍵技術(shù)17-18
• 1.2.1 四旋翼飛行器關(guān)鍵技術(shù)分析17-18
• 1.2.2 運動捕捉系統(tǒng)在四旋翼飛行器研究中的應(yīng)用18
• 1.3 基于運動捕捉系統(tǒng)的四旋翼飛行器導(dǎo)航控制技術(shù)研究現(xiàn)狀18-24
• 1.4 本文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排24-26
• 1.4.1 研究目標24
• 1.4.2 研究內(nèi)容和章節(jié)安排24-26
• 第二章 四旋翼飛行器的機理分析與建模26-37
• 2.1 引言26
• 2.2 四旋翼飛行器的組成和結(jié)構(gòu)配置26-27
• 2.3 四旋翼飛行器的運動機理分析27-29
• 2.4 四旋翼飛行器牛頓-歐拉法建模29-36
• 2.4.1 坐標系定義和轉(zhuǎn)換關(guān)系30-31
• 2.4.2 建模前的基本假設(shè)31-32
• 2.4.3 動力學模型的建立32-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 飛行器控制系統(tǒng)的組成和總體結(jié)構(gòu)37
• 3.3 飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計的限制因素和注意事項分析37-38
• 3.4 基于改進PID的飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計38-42
• 3.4.1 基于改進PID的姿態(tài)控制器設(shè)計39-40
• 3.4.2 基于改進PID的位置控制器設(shè)計40-42
• 3.5 基于反步法的飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計42-45
• 3.5.1 基于反步法的姿態(tài)控制器設(shè)計43-44
• 3.5.2 基于反步法的位置控制器設(shè)計44-45
• 3.6 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)仿真與分析45-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 第四章 基于運動捕捉系統(tǒng)的四旋翼飛行器測試平臺搭建52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 飛行器測試平臺搭建及說明52-53
• 4.2.1 飛行器測試平臺的總體結(jié)構(gòu)52-53
• 4.2.2 飛行器測試平臺的研究意義53
• 4.3 測試平臺運動捕捉系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)53-61
• 4.3.1 運動捕捉系統(tǒng)設(shè)計與搭建53-56
• 4.3.2 運動捕捉系統(tǒng)下導(dǎo)航信息的獲取算法56-57
• 4.3.3 運動捕捉系統(tǒng)下導(dǎo)航信息獲取算法的分析與驗證57-61
• 4.4 測試平臺地面站軟件的設(shè)計與開發(fā)61-65
• 4.4.1 地面站軟件的設(shè)計要求和思路61-62
• 4.4.2 地面站軟件的功能設(shè)計和工作流程62-64
• 4.4.3 地面站軟件設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第五章 四旋翼飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與飛行實驗66-83
• 5.1 引言66
• 5.2 四旋翼飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)的架構(gòu)66-67
• 5.3 四旋翼飛行器導(dǎo)航控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計67-75
• 5.3.1 導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計要求67-68
• 5.3.2 導(dǎo)航控制系統(tǒng)硬件設(shè)計68-70
• 5.3.3 導(dǎo)航控制系統(tǒng)軟件設(shè)計70-75
• 5.4 基于測試平臺的四旋翼飛行器飛行實驗75-81
• 5.4.1 四旋翼飛行器靜態(tài)實驗75-77
• 5.4.2 四旋翼飛行器懸停實驗77-79
• 5.4.2 四旋翼飛行器航路點追蹤實驗79-81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 本文工作總結(jié)83-84
• 6.2 進一步工作展望84-85
• 參考文獻85-90
• 致謝90-91
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文91

【參考文獻】

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本文編號：570454