四旋翼飛行器作為一種垂直起降式的飛行裝置,因其成本低廉、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單和機(jī)動(dòng)性良好等優(yōu)勢,在農(nóng)業(yè)考察、目標(biāo)跟蹤、災(zāi)后搜救、森林防火、反恐監(jiān)控和娛樂航拍等眾多領(lǐng)域中均得到了廣泛應(yīng)用。然而在實(shí)際飛行過程中,四旋翼飛行器易受到氣流、陀螺效應(yīng)以及噪聲等外部因素的干擾,同時(shí)由于其自身結(jié)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合、多輸入多輸出和非最小相位等特性,使得四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析變得十分困難。因此,深入研究四旋翼飛行器的控制方案,并設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定可靠的飛行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器對指定軌跡的跟蹤控制是十分必要的。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,本文對四旋翼飛行器的工作原理和常用的姿態(tài)描述方式進(jìn)行了詳細(xì)分析,并在此基礎(chǔ)之上,利用牛頓-歐拉定理和剛體力學(xué)理論建立了四旋翼飛行器的原始動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)為了便于機(jī)體模型的分析和控制算法的研究,本文根據(jù)假設(shè)條件,對四旋翼飛行器的原始動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行合理簡化,為后面四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次,針對四旋翼飛行器對期望軌跡的穩(wěn)定跟蹤控制問題,本文利用串級(jí)PID算法設(shè)計(jì)了一種雙回路軌跡跟蹤控制系統(tǒng),并在Matlab/Simulink環(huán)境中... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

首架四旋翼飛行器

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，同時(shí)如何設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定可靠的飛行控制系統(tǒng)也已成為了當(dāng)下的熱點(diǎn)問題[16-17]。在四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，位置和姿態(tài)的精確控制是飛行器執(zhí)行任何飛行任務(wù)的基本前提。若無法實(shí)現(xiàn)對四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)進(jìn)行精確控制，則飛行器后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行都無從談起。因此，深入開展四旋翼飛行器相關(guān)研究工作，并設(shè)計(jì)出一個(gè)魯棒性強(qiáng)、穩(wěn)定性良好的控制器，實(shí)現(xiàn)飛行器對期望位置和姿態(tài)的精確控制是十分必要的。1.2四旋翼飛行器的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀1.2.1四旋翼飛行器的發(fā)展歷程國際上早在上個(gè)世紀(jì)初就開展了對四旋翼飛行器的相關(guān)研究工作，至今已有100多年的歷史了。1907年，法國Breguet兄弟在JacquesBreguetRichet和LouisBreguet教授的指導(dǎo)下利用空氣動(dòng)力學(xué)原理制造了史上第一架四旋翼飛行器(Breguet-Richet“旋翼機(jī)1號(hào)”)[18]，如圖1.1所示。但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，特別是自控理論尚未形成體系，Breguet兄弟并沒有為旋翼機(jī)1號(hào)安裝任何姿態(tài)傳感器和設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的飛控系統(tǒng)，所以飛行器在進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)時(shí)僅能短暫地離開地面，且飛行高度只有1.5米[19]。盡管如此，它仍然是四旋翼飛行器研究方面的一個(gè)重大創(chuàng)新，為四旋翼飛行器的后續(xù)發(fā)展奠定了重要基矗圖1.1首架四旋翼飛行器圖1.2DeBothezat四旋翼飛行器圖1.3ConvertawingsModel“A”圖1.4VZ-7四旋翼飛行器1921年，美國GeorgesDeBothezat工程師研制出了另一架大型四旋翼飛行器，飛行器機(jī)體長度達(dá)到65英尺(約20米)，如圖1.2所示[20]。此款四旋翼飛行器設(shè)計(jì)的最初目的是用于美國軍方作戰(zhàn)使用，雖然先后一共經(jīng)歷了上百次的設(shè)計(jì)改造和試飛試驗(yàn)，但由于該飛行器不易

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，同時(shí)如何設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定可靠的飛行控制系統(tǒng)也已成為了當(dāng)下的熱點(diǎn)問題[16-17]。在四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，位置和姿態(tài)的精確控制是飛行器執(zhí)行任何飛行任務(wù)的基本前提。若無法實(shí)現(xiàn)對四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)進(jìn)行精確控制，則飛行器后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行都無從談起。因此，深入開展四旋翼飛行器相關(guān)研究工作，并設(shè)計(jì)出一個(gè)魯棒性強(qiáng)、穩(wěn)定性良好的控制器，實(shí)現(xiàn)飛行器對期望位置和姿態(tài)的精確控制是十分必要的。1.2四旋翼飛行器的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀1.2.1四旋翼飛行器的發(fā)展歷程國際上早在上個(gè)世紀(jì)初就開展了對四旋翼飛行器的相關(guān)研究工作，至今已有100多年的歷史了。1907年，法國Breguet兄弟在JacquesBreguetRichet和LouisBreguet教授的指導(dǎo)下利用空氣動(dòng)力學(xué)原理制造了史上第一架四旋翼飛行器(Breguet-Richet“旋翼機(jī)1號(hào)”)[18]，如圖1.1所示。但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，特別是自控理論尚未形成體系，Breguet兄弟并沒有為旋翼機(jī)1號(hào)安裝任何姿態(tài)傳感器和設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的飛控系統(tǒng)，所以飛行器在進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)時(shí)僅能短暫地離開地面，且飛行高度只有1.5米[19]。盡管如此，它仍然是四旋翼飛行器研究方面的一個(gè)重大創(chuàng)新，為四旋翼飛行器的后續(xù)發(fā)展奠定了重要基矗圖1.1首架四旋翼飛行器圖1.2DeBothezat四旋翼飛行器圖1.3ConvertawingsModel“A”圖1.4VZ-7四旋翼飛行器1921年，美國GeorgesDeBothezat工程師研制出了另一架大型四旋翼飛行器，飛行器機(jī)體長度達(dá)到65英尺(約20米)，如圖1.2所示[20]。此款四旋翼飛行器設(shè)計(jì)的最初目的是用于美國軍方作戰(zhàn)使用，雖然先后一共經(jīng)歷了上百次的設(shè)計(jì)改造和試飛試驗(yàn)，但由于該飛行器不易

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]基于大爆炸大收斂算法的PID參數(shù)整定[J]. 馬安飛,王家軍.  杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(06)
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[6]基于反步滑模法的四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制[J]. 吳梅,涂彪,羅瑜.  飛行力學(xué). 2018(03)
[7]基于ESO的LQR控制器在無人機(jī)姿態(tài)控制中的研究[J]. 潘健,劉昌龍.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2018(02)
[8]基于改進(jìn)大爆炸算法的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別[J]. 尹智毅,張艾迪,林楷釗,呂中榮.  中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(06)
[9]無人機(jī)成“玩具”后,反無人機(jī)產(chǎn)業(yè)悄然興起[J]. 梁麗雯.  金融科技時(shí)代. 2017(02)
[10]多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行控制研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 宗群,王丹丹,邵士凱,張博淵,韓宇.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)

博士論文
[1]四旋翼無人機(jī)編隊(duì)飛行控制方法的研究[D]. 李樂寶.浙江大學(xué) 2017

碩士論文
[1]四旋翼無人機(jī)視覺導(dǎo)航與軌跡跟蹤[D]. 鄧兆森.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]小型四旋翼無人機(jī)飛行控制算法研究[D]. 余杭.武漢科技大學(xué) 2018
[3]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的四旋翼飛行控制方法研究[D]. 李晨杰.沈陽航空航天大學(xué) 2018
[4]基于粒子群參數(shù)優(yōu)化的四旋翼飛行器控制器設(shè)計(jì)研究[D]. 趙玉穎.蘭州交通大學(xué) 2017
[5]基于四旋翼無人機(jī)控制的軌跡跟蹤優(yōu)化問題研究[D]. 王川.東南大學(xué) 2017
[6]基于遺傳算法優(yōu)化規(guī)則的四旋翼無人機(jī)模糊PID控制算法研究[D]. 毛貽漢.武漢理工大學(xué) 2017
[7]四旋翼飛行器控制系統(tǒng)多目標(biāo)姿態(tài)調(diào)節(jié)[D]. 孫慶陽.東北大學(xué) 2017
[8]考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 李鴻儒.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[9]基于串級(jí)PID控制算法的四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 烏仁別麗克.東華大學(xué) 2016
[10]四旋翼飛行器設(shè)計(jì)與姿態(tài)調(diào)整控制算法的研究[D]. 王亮.湖南大學(xué) 2016



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