本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)一種復(fù)合控制方法的研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼無人機(jī) 動力學(xué)模型 Backstepping 滑�？刂� 自適應(yīng)控制

【摘要】：四旋翼無人機(jī)相對于傳統(tǒng)的固定翼無人機(jī),具有結(jié)構(gòu)簡單、垂直起降、定點(diǎn)懸停、低空低速飛行等優(yōu)點(diǎn),具有重要的軍用和民用價(jià)值,近幾年迅速成為研究熱點(diǎn)。由于四旋翼無人機(jī)是一種強(qiáng)耦合的欠驅(qū)動系統(tǒng),使得對其建立精確的動力學(xué)模型和對姿態(tài)、位置的控制都變得十分復(fù)雜,而對四旋翼無人機(jī)進(jìn)行精確的運(yùn)動控制,是其在各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用的基礎(chǔ)。飛行控制器只有擁有優(yōu)異的控制效果,才能滿足四旋翼無人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。本文針對四旋翼無人機(jī),主要研究以下內(nèi)容:首先以四旋翼無人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ),對其動力學(xué)特性和飛行控制原理進(jìn)行分析,利用牛頓-歐拉方程,在添加必要的約束條件下,分析實(shí)驗(yàn)平臺各個(gè)組件的物理結(jié)構(gòu)和受力情況,經(jīng)過理論推導(dǎo),建立其動力學(xué)模型,并進(jìn)行合理的簡化,方便后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)。其次針對四旋翼無人機(jī)的動力學(xué)模型,將四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)分解成六個(gè)子系統(tǒng),并表示成滿足嚴(yán)格反饋的形式,利用Backstepping方法,從低階到高階,依次構(gòu)造Lyapunov函數(shù)和虛擬控制變量,使低階系統(tǒng)滿足Lyapunov穩(wěn)定性理論,最終得到實(shí)際的控制率。然后通過分析四旋翼無人機(jī)姿態(tài)控制和位置控制的特點(diǎn),對Backstepping控制器進(jìn)行改進(jìn)結(jié)合設(shè)計(jì)一種復(fù)合控制器。姿態(tài)子回路采用一種結(jié)合Backstepping方法和滑模變結(jié)構(gòu)控制理論設(shè)計(jì)的反步滑�？刂破�,兼具Backstepping控制器的快速響應(yīng)和滑模控制器的強(qiáng)抗干擾性;位置子回路采用自適應(yīng)Backstepping控制器,使得位置控制更為準(zhǔn)確平滑。最后將兩種控制器進(jìn)行實(shí)現(xiàn),加載到實(shí)驗(yàn)平臺,分別針對高度、姿態(tài)角和懸�？刂七M(jìn)行實(shí)驗(yàn),將二者的控制曲線進(jìn)行對比,結(jié)果表明復(fù)合控制器具有更優(yōu)的控制效果。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無人機(jī) 動力學(xué)模型 Backstepping 滑�？刂� 自適應(yīng)控制
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1;V279
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 主要內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 四旋翼無人機(jī)組成及動力學(xué)模型的建立18-27
• 2.1 四旋翼無人機(jī)運(yùn)動控制原理18-20
• 2.2 無人機(jī)的兩種坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換20-22
• 2.2.1 兩種坐標(biāo)系20-21
• 2.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換21-22
• 2.3 動力學(xué)非線性模型22-26
• 2.3.1 建立動力學(xué)模型22-25
• 2.3.2 簡化動力學(xué)模型25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 四旋翼無人機(jī)Backstepping控制器設(shè)計(jì)27-38
• 3.1 Backstepping設(shè)計(jì)方法27-32
• 3.1.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論27-29
• 3.1.2 Backstepping方法原理29-32
• 3.2 基于Backstepping的控制器設(shè)計(jì)32-37
• 3.2.1 構(gòu)建系統(tǒng)模型的狀態(tài)空間32-33
• 3.2.2 利用Backstepping方法設(shè)計(jì)姿態(tài)控制器33-35
• 3.2.3 利用Backstepping方法設(shè)計(jì)位置控制器35-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第4章 結(jié)合反步法和滑模理論的復(fù)合控制器設(shè)計(jì)38-47
• 4.1 四旋翼無人機(jī)復(fù)合控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38
• 4.2 姿態(tài)子回路反步滑�？刂破髟O(shè)計(jì)38-43
• 4.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論38-41
• 4.2.2 結(jié)合Backstepping和滑模控制設(shè)計(jì)41-43
• 4.3 位置子回路自適應(yīng)反步控制器設(shè)計(jì)43-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析47-60
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺簡介47-51
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)平臺硬件47-49
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)平臺軟件49-51
• 5.2 Backstepping控制器實(shí)驗(yàn)51-55
• 5.3 復(fù)合控制器實(shí)驗(yàn)55-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 總結(jié)與展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 作者簡介67-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和科研成果68-69

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張雁慶;;論四旋翼的旋翼結(jié)構(gòu)對續(xù)航時(shí)間的影響[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2015年30期

2 王寧娜;楊如軍;李雙青;;無人機(jī)遙感在礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)中的應(yīng)用實(shí)踐[J];國土資源信息化;2015年05期

3 崔新宇;劉艷萍;;關(guān)于無人機(jī)在森林防火監(jiān)測方面的探究[J];科技與創(chuàng)新;2014年07期

4 齊書浩;劉素娟;張文明;肖心想;;低雷諾數(shù)下微型四旋翼飛行器氣動和振動特性分析[J];噪聲與振動控制;2013年05期

5 湯明文;戴禮豪;林朝輝;王芳東;宋福根;;無人機(jī)在電力線路巡視中的應(yīng)用[J];中國電力;2013年03期

6 甄紅濤;齊曉慧;夏明旗;趙紅瑞;;四旋翼無人直升機(jī)飛行控制技術(shù)綜述[J];飛行力學(xué);2012年04期

7 熊自明;萬剛;閆鶴;李明;;改進(jìn)SIFT算法的小型無人機(jī)航拍圖像自動配準(zhǔn)[J];測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào);2012年02期

8 張蕾;張愛民;韓九強(qiáng);張杭;;靜止無功補(bǔ)償器的自適應(yīng)逆推無源反饋控制設(shè)計(jì)[J];控制理論與應(yīng)用;2012年03期

9 于霞;劉建昌;李鴻儒;;時(shí)變系統(tǒng)控制方法綜述[J];控制與決策;2011年09期

10 岳基隆;張慶杰;朱華勇;;微小型四旋翼無人機(jī)研究進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)淺析[J];電光與控制;2010年10期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 邵建波;固定翼無人機(jī)多模型自適應(yīng)律研究[D];北京理工大學(xué);2015年

2 張治煬;小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2010年

3 魏麗文;四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 任志全;3R欠驅(qū)動機(jī)器人位置控制方法與實(shí)驗(yàn)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2010年

5 黃牧;基于反步法的微型四旋翼無人飛行器非線性自適應(yīng)控制研究[D];天津大學(xué);2009年

6 劉麗麗;四旋翼飛行仿真器的建模及控制方法的研究[D];中南大學(xué);2009年

7 趙周鵬;基于ISIGHT的無人機(jī)機(jī)翼氣動與結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

8 聶博文;微小型四旋翼無人直升機(jī)建模及控制方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

，

本文編號：591752