發(fā)布時間：2017-09-22 19:43

  本文關鍵詞：基于多傳感器信息融合的無人機飛行控制系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 四旋翼無人機 信息融合 姿態(tài)解算 線性二次型控制 PID控制

【摘要】：四旋翼無人機(Quad-Rotor)具有垂直起降、自主懸停、倒飛等不同于其它無人機(UAV)的特點,能輕易進入固定翼無人機無法進入的狹小空間完成航拍、實時監(jiān)控、隱蔽偵查和輔助人質營救等任務,使得它成為當前UAV研究的熱點。由于小型Quad-Rotor的尺寸、重量和載荷的限制,導致其無法搭載高精度的傳感器進行姿態(tài)測量,因此獲取高精度姿態(tài)信息很重要。此外,由于Quad-Rotor多進行低空、狹小空間的飛行,受到外界環(huán)境干擾因素較多,所以對其飛行控制系統(tǒng)的研究也很重要。本系統(tǒng)針對上述問題,主要做了以下研究工作。深入分析了兩種Quad-Rotor的姿態(tài)解算方法以及其特點,針對小型四旋翼無人機姿態(tài)解算數(shù)據(jù)精度低、缺少余度控制、易發(fā)散等問題,設計了一種多傳感器融合估計算法,以此來解算Quad-Rotor姿態(tài)。為增強Quad-Rotor的飛行穩(wěn)定性,以及系統(tǒng)的魯棒性。以建立的Quad-Rotor系統(tǒng)模型為基礎,采用現(xiàn)代控制理論與傳統(tǒng)控制論結合的方法,設計了角速率內環(huán)LQR(線性二次型最優(yōu))控制,角度外環(huán)PID控制的雙回路閉環(huán)控制器。充分利用PID控制器易于掌握且對模型要求精度低的優(yōu)點,以及內回路LQR控制器能改善內回路的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點,完成Quad-Rotor的飛行控制。最后,搭建Quad-Rotor實驗測試平臺。分別針對姿態(tài)解算和飛行控制進行試驗,并給出了相應的實驗數(shù)據(jù)。實驗結果表明,設計的姿態(tài)估計算法快速有效,LQRPID控制器能夠實現(xiàn)Quad-Rotor的穩(wěn)定飛行。
【關鍵詞】：四旋翼無人機 信息融合 姿態(tài)解算 線性二次型控制 PID控制
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 四旋翼飛行器研究相關技術13-14
• 1.4 本文所做的工作14-15
• 第2章 四旋翼無人機系統(tǒng)建模15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 四旋翼無人機結構和飛行原理15-16
• 2.3 坐標系定義及旋轉矩陣16-18
• 2.4 四旋翼無人機系統(tǒng)模型18-22
• 2.5 本章總結22-23
• 第3章 基于信息融合的無人機姿態(tài)估算23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 基于各傳感器的導航信息解算23-28
• 3.2.1 基于陀螺儀的姿態(tài)解算23-26
• 3.2.2 基于加速度計與磁力計的姿態(tài)解算26-28
• 3.3 多傳感器信息融合姿態(tài)解算28-31
• 3.3.1 自適應隨機加權濾波介紹28-31
• 3.3.2 基于隨機加權的姿態(tài)融合解算31
• 3.4 算法仿真實驗31-33
• 3.5 本章總結33-34
• 第4章 四旋翼無人機控制算法設計34-46
• 4.1 引言34
• 4.2 四旋翼無人機線性化模型34-35
• 4.3 四旋翼無人機控姿態(tài)制器設計35-41
• 4.3.1 PID控制技術35-37
• 4.3.2 LQR控制技術37-39
• 4.3.3 LQR&PID控制系統(tǒng)設計39-41
• 4.4 仿真實驗分析41-45
• 4.5 本章小結45-46
• 第5章 四旋翼無人機的嵌入式實現(xiàn)與測試實驗46-63
• 5.1 引言46
• 5.2 系統(tǒng)硬件模塊設計46-50
• 5.2.1 微型計算機主控模塊47
• 5.2.2 MEMS傳感器測量模塊47-49
• 5.2.3 遙控收發(fā)模塊49-50
• 5.2.4 執(zhí)行模塊50
• 5.3 系統(tǒng)軟件設計50-57
• 5.3.1 系統(tǒng)的總體軟件框架51-52
• 5.3.2 系統(tǒng)初始化52-54
• 5.3.3 輸入模塊軟件設計54
• 5.3.4 姿態(tài)解算控制模塊軟件設計54-56
• 5.3.5 輸出模塊軟件設計56-57
• 5.4 物理試驗57-62
• 5.4.1 姿態(tài)解算試驗57-61
• 5.4.2 飛行控制試驗61-62
• 5.5 本章小結62-63
• 總結與展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文69

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本文編號：902704