四旋翼无人飞行器姿态控制系统的设计与实现

发布时间：2017-11-24 21:26

  本文关键词：四旋翼无人飞行器姿态控制系统的设计与实现

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【摘要】：四旋翼无人飞行器在现代军事战争、智能机械等领域具有广阔的应用前景,涉及众多领域的高、精、尖技术,因此成为当今国际研究的热门课题。设计高机动性、高稳定性及可满足远程大载重需求的四旋翼飞行器是当前国际研究的重点难点。本课题从控制算法和软硬件实现两个方面对四旋翼无人飞行器姿态控制展开研究。主要工作如下： 1.建立了基于牛顿-欧拉方程的四旋翼无人飞行器动力学模型和准LPV模型,并结合飞行器特殊机械结构对其动力学特性进行了深入分析,为后续控制算法的实现奠定了基础。 2.提出了基于PID控制对四旋翼飞行器空中姿态进行调节的方法,并针对被控对象模型对算法进行了仿真验证,实验结果表明,飞行器可实现稳态、低误差飞行,该方法具有易调节及强鲁棒性的优点。 将滑模变结构控制理论应用于四旋翼飞行器姿态控制,设计了滑模控制器,使系统状态在设定的滑模面上滑动。仿真结果显示,此算法具有消除稳态误差的特点,可以有效减小各通道的超调量。 利用隐性广义预测控制来调节四旋翼飞行器空中的飞行姿态。仿真数据表明,此控制系统具有响应时间短的特点,各通道达到稳态时,飞行器可实现稳定飞行,此方法可使飞行器快速跟踪目标角度,表现出良好的动态性能。 3.设计以STM32f103为核心的飞行控制系统,搭建了四旋翼无人飞行器实验平台,完成了硬件电路设计、模块化软件设计,并针对三种控制算法进行了大量飞行实验,结果表明三种算法均能够实现对飞行器空中姿态的控制,实际飞行情况基本达到预期效果。 本文针对四旋翼飞行器独特的模型结构,将三种不同的控制算法应用于飞行平台中,成功实现了飞行器姿态的控制,为四旋翼飞行器控制算法的进一步研究和实际应用打下坚实的基础。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.122

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王帅;周洋;;用于危险区域物品清理的四旋翼飞行抓捕手[J];兵工自动化;2011年03期

2 赵鹤;王U哤，

本文编号：1223704