四旋翼飞行器飞行电控系统的设计与研究

发布时间：2020-05-23 18:23

【摘要】：四旋翼飞行器可以在空中实现自动飞行,其通过远程飞行控制器或机载飞行控制器的电子输入实现姿态控制,由于四旋翼飞行器借助四个旋翼实现飞行控制,其可以完成更加灵活的控制方式以及更加优良的操纵性能,已经成为飞行器研究领域中重要的组成部分。四旋翼飞行器的飞行控制需要借助姿态控制算法来调整,姿态控制算法的控制算法效果直接影响着机体飞行性能。为提高四旋翼飞行器的飞行控制性能,首先分析目前四旋翼飞行器系统的研究现状,并对机体建立动力学模型,选择模糊控制算法和PID控制算法作为机体姿态控制算法的基础,并设计出基于模糊PID算法的四旋翼飞行器飞行控制系统。本文中首先分析了四旋翼飞行器研究的背景和意义,并对各机构的四旋翼飞行器的研究重点进行阐述。分析四旋翼飞行器机体结构和飞行原理,并根据力学原理建立起机体的动力学模型。四旋翼飞行器在进行飞行控制算法设计时需要实时掌握机体的飞行状况,本文中选择加速度计和陀螺仪等传感器采集机体信息来实现对姿态角的检测,在考虑各传感器信息融合时选择互补滤波的方法。本文中将模糊控制算法与PID控制算法结合起来设计四旋翼飞行器飞行控制系统,根据算法设计需要搭建起硬件电路模型。最后,本文搭建起Matlab/Simulink中建立基于模糊PID算法的四旋翼飞行器控制器来校验设计算法的效果,设计飞行稳定性、飞行跟踪性和飞行抗扰性三个方面仿真内容,最后仿真结果表明本文设计的四旋翼飞行器控制器具有更优异的控制效果。
【图文】：

第 1 章 绪 论第 1 章 绪 论四旋翼飞行器可以在空中实现自动飞行，，其通过远程飞行控制器或机载飞器的电子输入实现姿态控制，由于四旋翼飞行器借助四个旋翼实现飞行控制，完成更加灵活的控制方式以及更加优良的操纵性能，已经成为飞行器研究领域的组成部分。由四旋翼飞行器的机构图可以看出，机体结构较为简单，在改变飞行器的飞行状态时只需要调整四个旋翼的转速，这种飞行控制方式使得机体优良的机动性能。四旋翼飞行器质量轻便且结构简单，因而在起飞和降落时对求小，更便于提高在密集环境中的控制性能，在小区域内可以实现起飞、降落及飞行姿态[1-5]，这些特点使得四旋翼飞行器可以在多种复杂环境中更好的完任务，常见的四旋翼飞行器模型结构如图 1.1 所示。

该方法经过实验飞行验证后发现较经典控制算法而言具有更翼飞行器的应用领域较为广泛这主要是由于机体稳定的控制性能方案，在军事领域，四旋翼飞行器已经成为现代战争中重要的侦查军方可以通过控制飞行器实现远程目标的轰炸和信息获取，美国对制技术的研发最为重视并且已经大范围的装备到部队中。此外，四救援时也能发挥重要作用，其可以在爆炸、有毒、高温及严寒等环信、定位及救援等功能，避免恶劣环境对救援人员身体的伤害同时效率。四旋翼飞行器控制方法随着智能算法的不断成熟得到迅速飞行器控制算法研究是集中在飞行稳定性的控制，对于多个四旋翼合任务需要考虑到机体之间的协同通信，随着智能算法技术的不断面向新阶段，以求可以更好适应复杂的飞行环境，保证其在复杂的境特点实时改变自身飞行姿态和运动线路。随着四旋翼飞行器控制其具有良好的发展前景和广泛的应用价值[9-10]。
【学位授予单位】：长春工业大学
【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：2677765