四轴飞行器自主飞行的研究

发布时间：2017-12-19 21:28

  本文关键词：四轴飞行器自主飞行的研究　出处：《长沙理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：四轴飞行器被越来越多地应用到军事、高危作业及一般民用领域,例如对自然灾害或恐怖袭击发生地区进行情报信息的收集、实时监测有害污染物的动向和第一人物视角航拍等。四轴不但有巨大的实用价值,还具有很好的科研价值,它为惯性导航技术、传感器技术、自动控制理论和计算机技术等多技术领域提供了一个研究平台。国内针对四轴的研究主要集中在姿态控制上,对于四轴飞行器自主飞行控制的研究还比较少。从上述实用、科研等多方面考虑,论文设计了一种小型可自主飞行的四轴飞行器,做了以下工作:(1)详细介绍了四轴飞行器的机械结构和飞行原理,对其动力学和运动学特性进行了分析,建立了简化的动力学模型。采用PID控制算法设计了飞行控制器。(2)针对四轴飞行器自主飞行任务,综合考虑飞行路径约束条件进行了飞行路径规划。基于数控系统插补算法提出了飞行轨迹规划算法,在进行多次飞行试验后,发现该算法飞行效果不理想。基于此,在对目前国内外应用较多的飞行轨迹规划算法进行改进后,提出了飞行轨迹规划改进算法,使得飞行器能够按照预定路径进行自主飞行。(3)设计了飞行任务控制器。飞行任务控制器根据规划的飞行轨迹,给出飞行控制输入量,指挥四轴飞行器按照预定规划路径进行自主飞行,是飞行任务控制系统的核心部分。(4)对飞行控制系统进行了硬件和软件设计,给出了相应硬件原理图和控制系统软件流程图。利用Matlab/Simulink控制系统仿真平台,采用最优PID自整定方法,对飞行控制器进行了仿真,并对仿真曲线进行了具体分析。最后,制作了四轴飞行器试验样机并进行了飞行试验,试验表明样机能够按照预定规划路径进行自主飞行。论文在考虑飞行路径约束条件的前提下,进行了飞行路径规划。基于数控插补算法,给出了飞行轨迹规划算法;对目前国内外应用广泛的飞行轨迹规划算法进行改进后,提出了一种飞行轨迹规划改进算法。设计了一个飞行任务控制器,使得飞行器能够按照预定规划路径进行自主飞行。通过仿真和飞行试验,验证了飞行控制器和飞行轨迹规划算法的可行性,实现了自主飞行的目标。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;V249

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本文编号：1309523