本文關(guān)鍵詞：基于姿態(tài)控制的四旋翼飛控系統(tǒng)研究

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【摘要】：四旋翼飛行器以其可垂直起降(不受起降場地的限制),機動性強,結(jié)構(gòu)簡單且緊湊,操作容易等特點,被各個領(lǐng)域作為一種新興的空中移動平臺,搭載的各種相應的任務(wù)載荷,廣泛地應用于影視航拍、電力巡線、情報監(jiān)視、戰(zhàn)損評估等諸多方面。其應用價值的凸顯,受到了無數(shù)研發(fā)人員的青睞。四旋翼飛行器無論是全自主飛行還是在遙控器的操控下飛行都離不開飛行控制系統(tǒng),飛控系統(tǒng)的優(yōu)劣確定飛行器飛行效果的好壞,因此飛控系統(tǒng)的研究是對四旋翼姿態(tài)控制的關(guān)鍵。本文選用了十字型結(jié)構(gòu)的四旋翼飛行器,在將其視為剛體、機體質(zhì)量均勻分布、不計空氣阻力影響等條件下,運用牛頓第二運動定律與歐拉公式對四旋翼飛行器進行基于航空理論、氣動力學理論、現(xiàn)代控制理論的數(shù)學模型的建立,并根據(jù)實際控制需求對建立的復雜數(shù)學模型進行簡化。分別對傳統(tǒng)的PID算法和模糊PID算法進行剖析和對比。根據(jù)模糊控制的具體規(guī)則,運用Matlab中的FIS編輯器對模糊PID控制器進行設(shè)計。優(yōu)化原有的四旋翼飛行器的控制策略,并對優(yōu)化過程進行清晰的闡述,分析新策略的優(yōu)缺點。四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)軟件部分,采用了模塊化設(shè)計,既可以簡化軟件設(shè)計的復雜度,又利于程序的后期調(diào)試。整個軟件包括的模塊有:數(shù)據(jù)采集模塊、中央控制模塊、電機控制模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)仿真模塊。對每一個具體的模塊的功能做具體說明,并詳細的闡述其內(nèi)部的運行機理。結(jié)合所建立的四旋翼飛行器的數(shù)學模型和優(yōu)化后的控制策略,運用Matlab中的Simulink仿真模塊,分別搭建基于傳統(tǒng)PID控制器飛控系統(tǒng)仿真圖、在擾動影響下的飛控系統(tǒng)仿真圖和基于模糊PID控制器的飛控系統(tǒng)仿真圖。經(jīng)過對所有仿真結(jié)果分析和對比,總結(jié)得出:優(yōu)化后的控制策略適用于四旋翼飛控系統(tǒng)并能簡化整個控制過程,在一定范圍的擾動下仍能保持穩(wěn)定,模糊PID控制器的控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器。最后,使用SimMechanics對四旋翼進行3D動畫仿真,觀察姿態(tài)控制仿真效果的好壞。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 數(shù)學建模 PID算法 模糊PID算法 Simulink仿真
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-14
• 1.1 研究背景及意義7-8
• 1.2 多旋翼飛行器早期研究發(fā)展8-10
• 1.3 多旋翼飛行器的研究狀況10-11
• 1.4 四旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù)11-12
• 1.5 本文主要工作12-14
• 第2章 四旋翼飛行器動力學模型14-26
• 2.1 原理分析14-17
• 2.2 四旋翼飛行器模型建立17-24
• 2.2.1 坐標系建立17-19
• 2.2.2 四旋翼飛行器的數(shù)學模型19-24
• 2.3 系統(tǒng)狀態(tài)方程24-26
• 第3章 控制算法與控制策略26-42
• 3.1 PID控制算法26-29
• 3.1.1 經(jīng)典PID控制器27-28
• 3.1.2 數(shù)字PID控制器28-29
• 3.2 模糊PID算法及控制器設(shè)計29-38
• 3.3 控制策略優(yōu)化38-42
• 第4章 四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計42-50
• 4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計42-44
• 4.2 系統(tǒng)軟件總體流程44-45
• 4.3 數(shù)據(jù)采集流程45-46
• 4.4 加速度計數(shù)據(jù)采集流程46-48
• 4.5 控制算法流程48-50
• 第5章 系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析50-64
• 5.1 傳遞函數(shù)計算50-51
• 5.2 姿態(tài)角仿真51-54
• 5.3 姿態(tài)角擾動仿真54-56
• 5.4 模糊PID控制仿真56-59
• 5.5 Sim Mechanics仿真59-64
• 5.5.1 Sim Mechanics物理建模59-60
• 5.5.2 Sim Mechanicslink導入模型60-61
• 5.5.3 PID參數(shù)自主生成61-62
• 5.5.4 四旋翼Sim Mechanics仿真62-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻66-69
• 致謝69

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：971486