基于反步法和H_∞回路成形的四旋翼飞行器控制器设计

发布时间：2020-05-14 18:27

【摘要】：四旋翼无人机(quadrotor UAV)机械结构及操控原理简单、机动性强、可靠性高、生产成本低,已广泛应用在军用和民用领域。本文以QBAll2无人机为研究对象,从以下几个方面进行研究与分析:(1)分析了四旋翼无人机的结构特点和操控机理,在机体坐标系和地面坐标系下建立QBall2四旋翼无人机的非线性数学模型。(2)根据四旋翼无人机系统状态变量之间的关系将其划分为位置控制系统及姿态控制系统。针对外界扰动环境,在反步法基础上引入自适应控制技术,设计了内环姿态控制器、外环位置控制器,并搭建MATLAB/Simulink仿真平台,通过仿真验证了自适应反步法在抗外界扰动方面有效果。(3)针对无人机在实际飞行中的外界干扰问题,进一步提高系统的抗干扰能力,在自适应反步法基础上引入H_∞回路成形技术。通过悬停飞行仿真实验验证了该算法的合理性和有效性。(4)在UVS平台上进行验证。简要介绍了UVS平台的几个组成部分,基于该平台完成了自适应反步法及改进算法的验证,验证了改进算法在控制精度及抗干扰方面优于自适应反步法,并对位置、姿态各通道的跟踪性能进行了相应分析。
【图文】：

图 1-1 Breguet-Richet 四旋翼直升机一时期，Georgede Bothezat 为美国航空兵团设计制造了一架可垂翼直升机，该飞行器的结构及制造过程复杂，操作过程繁琐，机法实现该飞行器的稳定飞行[8]。1924 年，取消了与该飞行器相关0 世纪中期，美国卡普兰设计并制造的 convertawings 四旋翼无人标志着四旋翼无人机相关技术的研究进入了一个全新的阶段。该台电机控制旋翼转速[9]，在当时被认为是设计最成功并且真正意的四旋翼无人机。但落后的控制技术及传感器技术使四旋翼无人想的控制要求，限制了四旋翼无人机的发展。到 21 世纪，随着计算机、传感器、控制算法等技术领域的发展机的飞行品质得到了飞速提升。在 21 世纪初期，四旋翼无人机展日新月异，在无人机机体结构设计、硬件设计、软件设计等方大突破。近年来国外在四旋翼无人机研究方面有以下成功案例。 1-2a 是由美国 RC 公司研制的 Draganflyer 型无人机，其机体内在飞行过程中能够实现姿态的稳定控制。图 1-2b 是由香港银辉（

（c）OS-4 （d）HMX-4图 1-2 代表性的四旋翼无人机图 1-3 是麻省理工学院（MIT）的计算机科学和人工智能实验室联合开发四旋翼无人机。该无人机通过激光雷达和摄像机来获取周围的环境信息，再合 SLAM（simultaneous localization and map building）算法实现无人机定位图 1-3 麻省理工学院研制的四旋翼无人机目前，国外的科研团队不仅在飞行控制方面进行深入研究，而且近期已把究重点转移到智能飞行控制上，以实现无人机在复杂工作环境中的稳定自主行。国外对微小型四旋翼无人机的研究较为深入，，已在各领域中广泛使用
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V249.1

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本文编号：2663762