本文關(guān)鍵詞：多旋翼無人飛行器自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計研究

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【摘要】：近年來,隨著相關(guān)傳感器的微型化和控制技術(shù)的日趨成熟,微小型無人飛行器逐漸走入了公眾的視野,而多旋翼飛行器由于其結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活等優(yōu)點更成為了人們關(guān)注和研究的熱點。本文以多旋翼無人飛行器為研究對象,對自主飛行控制系統(tǒng)及其相關(guān)實際應(yīng)用進行了設(shè)計和研究,主要工作如下:1.從多旋翼飛行器系統(tǒng)的工作原理出發(fā),結(jié)合單個螺旋槳的氣動性能分析建立飛行器系統(tǒng)在垂直方向上位置姿態(tài)的簡化數(shù)學(xué)模型。同時按照模塊化思想對多旋翼飛行器的硬件系統(tǒng)進行設(shè)計研究,并結(jié)合實際應(yīng)用探討了硬件系統(tǒng)的選型標(biāo)準(zhǔn)。2.設(shè)計開發(fā)一種通用型自主飛行控制系統(tǒng)。該自主飛控系統(tǒng)以市售商用級成品飛控為基礎(chǔ),通過飛控信號接入技術(shù)完成對飛行器的自主控制,從而將成品飛控的穩(wěn)定性和可自主編程的靈活性巧妙地相結(jié)合,提高了成品飛控的可二次開發(fā)性。同時通過基于數(shù)字信號處理器的控制信號捕獲與生成,完成對飛控信號的自動識別和校準(zhǔn),簡化了自主飛控系統(tǒng)對成品飛控的前期匹配工作。3.針對飛行器低空飛行時地面效應(yīng)對高度穩(wěn)定控制帶來的不可直接測量擾動,設(shè)計了一種基于自抗擾控制技術(shù)的高度控制系統(tǒng)。通過高度數(shù)據(jù)的采集、補償、野值剔除和濾波,得到穩(wěn)定可靠的高度信息,再通過實驗測定的方法對被控對象的模型階次進行辨識,為基于線性擴張狀態(tài)觀測器的擾動前饋補償提供了必要的先驗知識。之后選用自抗擾控制器對補償后的標(biāo)稱模型進行高度控制,并通過仿真和實驗驗證了設(shè)計算法的有效性。4.在自主飛行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,進一步研究了幾類結(jié)合視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的典型應(yīng)用。通過八旋翼飛行器實物平臺,完成了對地面靜止和移動目標(biāo)的低空定位與跟蹤,并結(jié)合高度控制系統(tǒng)完成了對地面目標(biāo)的空間定位,再配合機載的機械抓取機構(gòu)即可完成對地面特定目標(biāo)的自主識別和抓取碼放等任務(wù)。
【關(guān)鍵詞】：多旋翼飛行器 飛控信號接入 自主飛行控制系統(tǒng) 擴張狀態(tài)觀測器 自抗擾控制器 空中識別與定位
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景與意義11-13
• 1.1.1 本設(shè)計的研究背景11-12
• 1.1.2 本設(shè)計的研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 旋翼飛行器的發(fā)展歷程13-15
• 1.2.2 旋翼飛行器控制算法領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 旋翼飛行器動力學(xué)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文的主要工作19-21
• 第2章 多旋翼無人飛行器系統(tǒng)21-32
• 2.1 多旋翼無人飛行器系統(tǒng)工作原理21-24
• 2.2 多旋翼無人飛行器系統(tǒng)垂直方向位置姿態(tài)模型建立24-27
• 2.2.1 單個螺旋槳轉(zhuǎn)速與升力的簡化關(guān)系模型25
• 2.2.2 建立垂直方向的位置姿態(tài)模型25-27
• 2.3 多旋翼無人飛行器硬件系統(tǒng)設(shè)計27-31
• 2.3.1 多旋翼飛行器硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成27-29
• 2.3.2 多旋翼飛行器硬件系統(tǒng)的選型標(biāo)準(zhǔn)研究29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 基于飛控信號接入技術(shù)的通用自主飛控系統(tǒng)32-46
• 3.1 飛控信號特征分析與識別校準(zhǔn)33-38
• 3.1.1 飛行控制信號的特征分析33-35
• 3.1.2 基于數(shù)字信號處理器的控制信號捕獲與生成35-37
• 3.1.3 飛行控制信號的識別與校準(zhǔn)37-38
• 3.2 基于多通道數(shù)據(jù)選擇器的飛控信號接入系統(tǒng)38-40
• 3.3 通用無人飛行器自主飛行控制系統(tǒng)40-44
• 3.3.1 通用自主飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計40-42
• 3.3.2 通用自主飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第4章 基于自抗擾控制技術(shù)的飛行器高度控制系統(tǒng)46-68
• 4.1 高度數(shù)據(jù)實時采集與處理46-51
• 4.1.1 基于激光測距儀的高度數(shù)據(jù)測量47-48
• 4.1.2 基于三軸陀螺儀的姿態(tài)角高度數(shù)據(jù)補償48-49
• 4.1.3 高度數(shù)據(jù)的野值剔除與濾波處理49-51
• 4.2 高度控制系統(tǒng)模型階次辨識與分析51-55
• 4.2.1 模型辨識輸入信號的選擇51-52
• 4.2.2 模型辨識輸入信號參數(shù)的計算52-54
• 4.2.3 模型階次的辨識54-55
• 4.3 基于擴張狀態(tài)觀測器的擾動前饋補償55-57
• 4.4 基于自抗擾控制技術(shù)的高度控制系統(tǒng)設(shè)計57-59
• 4.5 仿真和實驗59-67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第5章 結(jié)合視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的典型應(yīng)用68-76
• 5.1 八旋翼無人飛行器實物平臺68-70
• 5.2 基于圖像識別技術(shù)的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)70
• 5.3 結(jié)合視覺導(dǎo)航的自主飛控系統(tǒng)典型應(yīng)用70-75
• 5.3.1 地面靜止目標(biāo)的低空水平定位70-72
• 5.3.2 結(jié)合高度控制系統(tǒng)的地面靜止目標(biāo)空間定位72-74
• 5.3.3 地面移動目標(biāo)的空中水平定位與跟蹤74-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單82-83
• 致謝83

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本文編號：912071