本文關鍵詞：四旋翼無人機多變量非線性魯棒控制方法研究

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【摘要】：四旋翼無人機是一種結構簡單且造價低廉的飛行器,在軍事、工業(yè)、教育和消費領域具有廣泛的用途。目前,多數(shù)四旋翼控制器是在PID控制器模型的基礎上通過仿真和試驗的方法調節(jié)其參數(shù)獲得。因此,本文致力于從理論層面出發(fā),建立四旋翼執(zhí)行機構和機體的模型,并推導出控制器。首先,本文介紹了螺旋翼的升力原理和模型、基于格子玻爾茲曼仿真方法和螺旋翼試驗方法。分析了模型的準確性和仿真方法的適用性。分析了具有不同葉片數(shù)量,但葉形相同的螺旋翼之間的空氣動力學性能,并提出了螺旋翼模型的改進模型。其次,引入了傳統(tǒng)直流電動機的數(shù)學模型,并推導出了PWM波的占空比與轉速之間關系。提出了直流電動機中關鍵參數(shù)的計算方法。然后,根據(jù)理論力學方法推導出了多旋翼無人機的動力學模型;根據(jù)非線性控制理論討論了多旋翼無人機的能控性。計算了本文所使用的四旋翼無人機的轉動慣量�？紤]到實際飛行情況,將非線性方程簡化為線性方程。最后,根據(jù)四旋翼的動力學方程和飛行特點設計了內環(huán)控制器和外環(huán)控制器,并根據(jù)實際情況分配各個控制環(huán)節(jié)的控制量。應用H∞控制理論計算出了相應的控制器,并且通過了試驗驗證。
【關鍵詞】：螺旋翼 格子Boltzmann 直流電動機 四旋翼 H∞控制
【學位授予單位】：中國航天科技集團公司第一研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 1 引言7-16
• 1.1 課題背景7-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 四旋翼無人機國外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢11-14
• 1.2.2 四旋翼無人機國內發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢14-15
• 1.3 課題研究內容及意義15
• 1.4 論文結構15-16
• 2 螺旋翼氣動特性16-37
• 2.1 螺旋翼及其工作原理16-18
• 2.1.1 螺旋翼概念及幾何參數(shù)16-17
• 2.1.2 螺旋翼的工作原理17-18
• 2.1.3 螺旋翼周圍流場特性18
• 2.2 螺旋翼氣動特性分析方法18-22
• 2.2.1 螺旋翼結構信息獲取18-20
• 2.2.2 螺旋翼多葉片構造20
• 2.2.3 計算流體力學方法20-22
• 2.3 螺旋翼（2 個葉片）氣動分析實例22-27
• 2.3.1 仿真參數(shù)設定23
• 2.3.2 螺旋翼周圍流體壓強仿真結果23-24
• 2.3.3 螺旋翼周圍流體渦流仿真結果24
• 2.3.4 螺旋翼周圍流體速度仿真結果24-26
• 2.3.5 螺旋翼升力仿真結果26-27
• 2.4 螺旋翼（2 個葉片）試驗驗證27-30
• 2.4.1 試驗方法概述27
• 2.4.2 試驗原理27-28
• 2.4.3 試驗流程和結果28-30
• 2.5 螺旋翼（32 個葉片）氣動仿真分析30-35
• 2.5.1 螺旋翼（32 個葉片）氣動仿真結果30-31
• 2.5.2 單個葉片升力減小原因探究31-35
• 2.6 本章小結35-37
• 3 直流電動機工作特性37-57
• 3.1 直流電動機及其工作原理37-40
• 3.1.1 直流電動機的組成37
• 3.1.2 直流電動機的工作原理37-39
• 3.1.3 直流無刷電動機的工作原理39-40
• 3.2 直流電動機的控制方法40-42
• 3.2.1 直流電動機的轉速控制方法介紹40-41
• 3.2.2 PWM控制41-42
• 3.3 直流電動機建模42-47
• 3.3.1 直流電動機模型及穩(wěn)定性42-44
• 3.3.2 PWM控制及穩(wěn)定性44-47
• 3.4 直流電動機試驗和仿真47-56
• 3.4.1 試驗方法概述47-48
• 3.4.2 試驗數(shù)據(jù)及分析48-50
• 3.4.3 電動機參數(shù)計算50-51
• 3.4.4 模型驗證51-56
• 3.5 本章小結56-57
• 4 四旋翼無人機57-73
• 4.1 多旋翼無人機及其工作原理57-59
• 4.1.1 多旋翼的組成57-58
• 4.1.2 四旋翼無人機工作原理58-59
• 4.2 四旋翼機身參數(shù)59-62
• 4.2.1 四旋翼結構參數(shù)59-61
• 4.2.2 四旋翼姿態(tài)位置參數(shù)61-62
• 4.3 四旋翼模型62-72
• 4.3.1 多旋翼模型62-64
• 4.3.2 多旋翼無人機能控條件64-68
• 4.3.3 四旋翼模型68-72
• 4.4 本章小結72-73
• 5 四旋翼無人機H_∞控制器設計73-100
• 5.1 旋翼無人機控制器設計73-74
• 5.1.1 四旋翼無人機控制器概要73
• 5.1.2 內環(huán)控制回路73-74
• 5.1.3 外環(huán)控制器74
• 5.2 旋翼無人機狀態(tài)方程74-77
• 5.2.1 旋翼系統(tǒng)內環(huán)狀態(tài)方程75-76
• 5.2.2 旋翼系統(tǒng)外環(huán)狀態(tài)方程76-77
• 5.3 H_∞控制器設計77-95
• 5.3.1 控制量限定77-78
• 5.3.2 姿態(tài)傳遞函數(shù)矩陣及解耦78-79
• 5.3.3 俯仰、橫滾H_∞控制器79-88
• 5.3.4 航向角H_∞控制器88-91
• 5.3.5 高度H_∞控制器91-93
• 5.3.6 外環(huán)控制器93-95
• 5.4 試驗95-99
• 5.4.1 試驗設備96
• 5.4.2 飛行試驗96-99
• 5.5 本章小結99-100
• 結論100-101
• 參考文獻101-104
• 攻讀碩士期間取得的學術成果104-105
• 致謝105-108

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：886626