自抗扰控制技术在四旋翼飞行器中的应用研究
发布时间：2020-06-10 14:51
【摘要】：四旋翼飞行器应用广泛,但其动力学模型较为复杂,具有强耦合、非线性及系统状态和参数时变等特性,使得飞行控制具有一定难度。自抗扰控制(ADRC)技术本身不依赖于被控对象的精准数学模型,可以实时的观测并补偿系统的扰动,并可以实现解耦控制,因此本文研究了自抗扰控制技术在四旋翼飞行器姿态控制中的应用。本文首先研究了四旋翼飞行器结构,介绍了其飞行原理,详细分析了四旋翼飞行器的动力学模型,为四旋翼飞行器的姿态控制的仿真和设计控制方案奠定了基础。基于自抗扰控制技术的概述,本文同时又介绍了带宽化的线性自抗扰控制器。对于线性自抗扰控制器的参数整定进行了一系列研究工作,主要包括将带宽化自抗扰控制器与粒子群算法结合进行参数寻优,分析了参数对控制系统的影响,在此基础上基于专家控制进行了进一步参数寻优,最后总结出了完整的线性自抗扰控制器的参数整定工作流程。依据总结出的参数整定工作流程,针对不同被控对象进行了仿真实验,验证了线性自抗扰控制器参数整定方法的有效性。根据四旋翼飞行器的数学模型,本文在MATLAB/Simulink中搭建了四旋翼飞行器的仿真模型,设计了串级PID、非线性自抗扰控制和线性自抗扰控制三种控制方案应用于四旋翼飞行器的姿态控制仿真中。为了验证线性自抗扰控制在四旋翼无人机姿态控制中的有效性,搭建了实际的测试平台,基于此实验平台,本文将线性自抗扰控制算法移植入PX4原生固件的姿态控制库中,进行了系留试验、悬停实验和抗扰性实验。
【图文】：
喔ｍ机３逡逑图２－１四旋翼无人机的基本结构逡逑四旋翼无人机的基本结构如图２－１所示，主要由支架、四个旋翼、四个电机和逡逑飞行控制计算机组成。其中，支架是一个相互交叉且对称的刚体，刚体的四个顶端逡逑各装有一个电机来带动各自的螺旋桨进行转动，而四个螺旋桨转动产生的力驱动无逡逑人机运动。四旋翼无人机能够实现姿态和位置的变化，，是通过飞行控制计算机调节逡逑四个螺旋桨的转速实现的。螺旋桨的转动会产生反向扭矩，为了能让四个螺旋桨旋逡逑转产生的反向扭矩可以相互抵消，关于支架中心位置对称的一对电机旋转方向相同逡逑并且反向于另外一对电机。由此可见，四旋翼无人机的基本结构简单实用。逡逑图２－２是四旋翼无人机的组成图，一套完整的四旋翼无人机系统，主要包括飞逡逑行控制器、四旋翼飞行器动力系统和遥控系统以及地面站软件。飞行过程中
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本文编号：2706447
【图文】：
喔ｍ机３逡逑图２－１四旋翼无人机的基本结构逡逑四旋翼无人机的基本结构如图２－１所示，主要由支架、四个旋翼、四个电机和逡逑飞行控制计算机组成。其中，支架是一个相互交叉且对称的刚体，刚体的四个顶端逡逑各装有一个电机来带动各自的螺旋桨进行转动，而四个螺旋桨转动产生的力驱动无逡逑人机运动。四旋翼无人机能够实现姿态和位置的变化，，是通过飞行控制计算机调节逡逑四个螺旋桨的转速实现的。螺旋桨的转动会产生反向扭矩，为了能让四个螺旋桨旋逡逑转产生的反向扭矩可以相互抵消，关于支架中心位置对称的一对电机旋转方向相同逡逑并且反向于另外一对电机。由此可见，四旋翼无人机的基本结构简单实用。逡逑图２－２是四旋翼无人机的组成图，一套完整的四旋翼无人机系统，主要包括飞逡逑行控制器、四旋翼飞行器动力系统和遥控系统以及地面站软件。飞行过程中
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