發(fā)布時間：2017-08-02 11:22

  本文關鍵詞：小型四旋翼無人直升機姿態(tài)控制技術研究

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【摘要】：隨著微機電系統(tǒng)的不斷發(fā)展,使得小型四旋翼無人直升機的性能越來越強大,其應用的范圍也越來越廣,為人類帶來的便利也越來越多。由于四旋翼無人直升機特殊的耦合結構,使得飛行姿態(tài)能直接影響飛行的位置,因此,為研究出機動性能更佳的四旋翼無人直升機以滿足多種行業(yè)的需要,越來越多的人開始將研究重點轉向了小型四旋翼無人直升機的姿態(tài)控制。本文是從算法的角度對四旋翼無人直升機的飛行姿態(tài)進行研究的。文中將對小型四旋翼無人直升機模型的建立、先進姿態(tài)控制算法的設計等內容進行深入研究,特別是反步控制器、反步滑�？刂破饕约胺謹惦A滑�？刂破鞯认冗M控制器的設計及應用。最后采用軟件仿真的方式對所設計的控制器的控制效果進行驗證。其主要內容包括以下幾個方面:介紹當前無人機的應用情況,尤其在軍事方面的應用,并就四旋翼無人機的應用進行特別說明。再對四旋翼無人直升機的姿態(tài)控制算法的研究現狀進行說明。介紹常用的坐標系轉換方法及姿態(tài)角表示方法,建立四旋翼無人直升機的數學模型。在忽略機體的陀螺效應的前提下,將已建立的模型進行適當簡化。對分數階理論進行分析,并與經典PID控制器的設計方法進行對比,設計分數階PID控制器,對簡化后的模型進行控制。該種控制器結合了分數階理論的優(yōu)點,性能應優(yōu)于經典PID控制器。在考慮機體的陀螺效應的前提下,再考慮到四旋翼無人直升機的飛行環(huán)境,在已建立的數學模型中加入干擾項,并采用干擾觀測器對加入的干擾進行補償。然后采用先進的反步法設計反步控制器,對四旋翼無人機的飛行姿態(tài)進行控制;再采用魯棒性強的滑模變結構控制,與反步法相結合,設計反步滑�？刂破�。最后將分數階理論與滑模變結構控制相結合,設計性能更佳的分數階滑�？刂破�。通過對經典PID控制器、分數階PID控制器、反步控制器、反步滑�？刂破�、分數階滑�？刂破鞯脑O計與仿真,將完成對小型四旋翼無人直升機姿態(tài)控制技術的研究工作。
【關鍵詞】：小型四旋翼無人直升機 陀螺效應 數學模型 控制器
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 論文的背景和意義9-10
• 1.2 四旋翼無人直升機的國內外研究概況10-11
• 1.2.1 國外研究概況10-11
• 1.2.2 國內研究概況11
• 1.3 四旋翼無人直升機姿態(tài)控制技術研究概況11-12
• 1.4 論文的主要研究內容12-14
• 2 小型四旋翼無人直升機的建模14-23
• 2.1 四旋翼無人直升機介紹14-15
• 2.2 飛行姿態(tài)角描述15-16
• 2.3 坐標變換矩陣16-18
• 2.4 數學模型的建立18-22
• 2.5 小結22-23
• 3 基于分數階PID控制器的四旋翼無人直升機姿態(tài)控制23-34
• 3.1 控制對象的建立23-24
• 3.2 控制器的設計及應用24-31
• 3.2.1 分數階微積分簡介24-25
• 3.2.2 分數階微積分的算法實現25-28
• 3.2.3 分數階算子的封裝28-30
• 3.2.4 經典PID控制器的設計30
• 3.2.5 分數階PID控制器的設計30-31
• 3.3 仿真對比及分析31-33
• 3.4 小結33-34
• 4 基于反步控制器的四旋翼無人直升機姿態(tài)控制34-45
• 4.1 反步法理論基礎34-36
• 4.2 穩(wěn)定性判據36-37
• 4.2.1 Lyapunov意義下的穩(wěn)定性說明36-37
• 4.2.2 Lyapunov穩(wěn)定性判別方法37
• 4.3 反步控制器設計37-42
• 4.3.1 引入干擾觀測器38-40
• 4.3.2 設計反步控制器40-42
• 4.4 仿真驗證42-44
• 4.5 小結44-45
• 5 基于反步滑�？刂破鞯乃男頍o人直升機姿態(tài)控制45-51
• 5.1 滑模變結構控制概述45-46
• 5.2 反步滑模控制器設計46-47
• 5.3 仿真驗證47-49
• 5.4 小結49-51
• 6 基于分數階滑�？刂破鞯乃男頍o人直升機姿態(tài)控制51-58
• 6.1 分數階滑�？刂破髟O計51-52
• 6.2 仿真驗證52-54
• 6.3 整體對比54-56
• 6.4 小結56-58
• 結論58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀學位期間的研究成果63

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 趙常均;宮勛;白越;續(xù)志軍;徐東甫;高慶嘉;;四旋翼飛行器中升力波動的干擾與抑制[J];光學精密工程;2014年09期

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本文編號：609026