基于QRSim的四旋翼飞行器仿真及应用设计

发布时间：2017-10-26 09:30

  本文关键词：基于QRSim的四旋翼飞行器仿真及应用设计

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【摘要】：四旋翼飞行器的仿真平台按照应用分为两类,一类用于单架四旋翼飞行器姿态稳定性仿真,另一类用来对多架四旋翼飞行器通信协同系统仿真。单架四旋翼的仿真平台可以验证动力学模型和控制系统稳定性,进而完善模型和改进控制算法。复杂环境下的飞行任务的仿真需要应用个四旋翼的仿真平台来实现,并通过多个四旋翼飞行器间的协同控制来完成这些飞行任务。本文的重点在于基于QRSim构建了多模型多平台的仿真系统。QRSim是一个在仿真场景下验证多架四旋翼协同控制系统性能的开源开发包,本文在QRSim架构中构建了新的地面车模型平台,使得QRSim成为一款多模型多平台基于MATLAB开发的开源仿真工具,不仅可以对多架四旋翼飞行器应用仿真,还可以对四旋翼和地面小车进行通信协作的性能验证,扩展了四旋翼飞行器的仿真应用领域。首先对四旋翼飞行器进行动力学建模,接着分析了加速度计、陀螺仪、GPS等传感器模型,在创建的动力学模型和传感器模型基础上搭建QRSim协同仿真系统,创建出四旋翼在基于MATLAB仿真环境的运动模型图。在完成了多架四旋翼平台通信协作搜救仿真任务后,提出不同类型的模型平台空地一体化通信协作架构。为此,使用QRSim开发包创建地面小车模型平台,并和四旋翼联合应用到仿真任务中,通过观测MATLAB输出的实时动态模型运动图,分析多模型平台的通信协同控制性能。最后本文开展了硬件平台的测试工作,针对四旋翼和地面车的多模型平台的通信协作的实际应用,对空地信息交互系统进行了通信性能测试,主要分为两个方面,一方面在地面端通过ZigBee模块获取飞行器的飞行参数,另一方面利用ZigBee技术测试数据无线通信过程中的丢包率和延时,在通信测试方面为空地一体化实物交通平台中的通信协同控制系统提供技术与方法支持。
【关键词】：四旋翼飞行器 地面车 QRSim 建模 协同
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211;V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 无人飞行器发展历史10
• 1.2.2 近代旋翼飞行器的研究进程10-11
• 1.2.3 目前关于四旋翼飞行器的研究成果11-14
• 1.3 本选题的主要研究内容及采用的技术手段14-16
• 1.3.1 论文来源14-15
• 1.3.2 论文结构15-16
• 第二章 四旋翼飞行器动力学建模及飞控系统设计16-31
• 2.1 四旋翼飞行器动力学建模16-20
• 2.2 控制器设计20-24
• 2.3 传感器及其数据处理过程24-25
• 2.4 面向多平台的工具箱QRSim25-30
• 2.4.1 基于MATLAB的开发环境25-28
• 2.4.2 QRSim的组织架构28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 基于QRSim的四旋翼飞行器系统模型仿真实现31-43
• 3.1 QRSim开发包应开发架构31-33
• 3.1.1 平台和环境对象模块31
• 3.1.2 State状态模块31-32
• 3.1.3 steppable模块32
• 3.1.4 任务模块task32
• 3.1.5 其他的抽象类32-33
• 3.1.6 QRSim抽象类33
• 3.1.7 QRSim的安装33
• 3.2 仿真任务创建过程33-36
• 3.2.1 任务配置核心代码34-35
• 3.2.2 模型目标的配置35
• 3.2.3 模型的算法设计35-36
• 3.3 四旋翼飞行器模型36-40
• 3.3.1 四旋翼飞行器的图形绘制37-39
• 3.3.2 四旋翼飞行器模型在QRSim中数据处理流程39-40
• 3.4 地面车模型40-42
• 3.4.1 地面车动力学模型40-41
• 3.4.2 地面车模型的绘制41-42
• 3.4.3 地面车的路径规划42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 平台场景搭建及四旋翼地面车通信协同43-57
• 4.1 灾区搜救场景搭建43-48
• 4.1.1 搜救的数学模型43-46
• 4.1.2 搜救场景仿真实现46-48
• 4.2 四旋翼地面车的协同通信仿真48-55
• 4.2.1 四旋翼和地面车任务设置48-49
• 4.2.2 四旋翼-地面车通信协作系统模型实现49-55
• 4.3 本章小结55-57
• 第五章 硬件平台测试57-67
• 5.1 测试方案57-64
• 5.1.1 四旋翼功耗方案58-60
• 5.1.2 RTT测试方案60-64
• 5.2 测试结果分析64-66
• 5.2.1 时延因素分析64-65
• 5.2.2 丢包率分析65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读学位期间的科研成果75-76

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1 宋亚平;浅谈旋翼的防腐维护[J];航空维修与工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文编号：1098077