基于视觉的六旋翼飞行器的组合导航与控制

发布时间：2017-12-18 23:10

  本文关键词：基于视觉的六旋翼飞行器的组合导航与控制

  更多相关文章： 六旋翼飞行器 视觉 组合导航 卡尔曼滤波 自抗扰

【摘要】：近些年,随着科学技术的进步,无人机飞行技术逐渐从军用领域向大众消费者领域普及。其中,多旋翼飞行器由于其飞行稳定、结构简单、易于操作、方便维护等优点,被广泛应用到航拍摄影、军事侦察、灾情监视等领域。而在学术研究领域,它发挥着重要的作用,如复杂环境导航[1]、飞行器数学模型的构建[2]、姿态控制算法的研究[3-6]、室内外飞行避障[7]、定位导航[8]和地图构建(SLAM)[9]和编队飞行[10]。基于视觉信息与传统的惯性导航系统的组合导航,能够解决目前亟待解决的室内导航难题,不仅提高飞行器导航的精度,而且增强了导航的可靠性。因此,本文对基于视觉的组合导航和控制进行了研究。本文主要完成的工作有以下几点:1.提出了视觉位置、姿态测量的方案,设计了特定的标识物,并给出了通过特定标识物来判断飞行器位置和姿态的方法,并验证了算法的可行性以及精度。视觉位姿测量的核心包括快速顶点识别算法和视觉相对位姿的测量;2.针对传统的惯导测量中陀螺仪的时间漂移问题,通过加速度计和罗盘对惯导进行修正,一定程度缓解了陀螺仪的漂移问题;采用卡尔曼滤波的最优估计算法融合视觉和惯导的测量结果;针对视觉和惯导频率不一致和视觉测量可能出现的粗大误差问题,对卡尔曼滤波的算法进行了相应的改进。最后通过实验验证了融合的效果;3.提出了飞行器位姿的自抗扰(ADRC)控制器。针对飞行器的三个位置参数X、Y、Z和三个姿态参数?、?、?设计了共六个ADRC自抗扰控制器。自抗扰控制不依赖系统模型,可以消除通道耦合,并且克服刮风等外部扰动对系统的影响,是飞行器控制的理想选择;4.依照六旋翼飞行器的数学模型,搭建了六旋翼飞行器的仿真平台。仿真平台采用Simulink和Virtual Reality(VR)工具箱,可以方便的对控制算法的可行性进行验证,还能以3D的形式展示飞行器的动态飞行过程。先通过仿真平台验证了控制算法,后再应用于实际的飞行器中,这无论对于降低研究成本,提高科研的效率都具有十分积极的意义。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249

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本文编号：1305965