四旋翼无人机飞控测试半物理仿真平台研究

发布时间：2020-06-16 11:07

【摘要】：在控制、通信、人工智能和互联网等新兴技术不断发展,多旋翼无人机软件、硬件和算法等多方面都趋于成熟的情况下,众多与无人机相关的产业如雨后春笋般涌现,无人机研究也成为国内外研究机构的关注点。无人机的核心是飞控系统,开发一套稳定高效的飞控系统成为无人机研究的重点内容。仿真技术作为控制领域和计算机领域的专业技术,普遍用于系统建模与测试,运用仿真技术对飞控系统进行性能测试成为开发飞控系统一个必不可少的过程。本文针对四旋翼无人机,结合国内外对于四旋翼无人机仿真的研究成果,设计开发一套能够对四旋翼无人机飞控系统进行测试的半物理仿真平台。通过半物理仿真平台,不仅可对飞控系统的控制性能进行测试,还可以利用平台中设计的环境仿真系统,实现对飞控系统在复杂环境下的抗干扰能力测试。本文详细论述建立四旋翼无人机半物理仿真平台的关键技术和实现方案,针对各模块进行详细的设计。首先,对四旋翼无人机结构和飞行原理进行阐述,考虑到四旋翼无人机在环境中受到的风场作用,本文利用MATLAB建立风场扰动下的四旋翼无人机飞行动力学模型,同时,基于PID控制方法设计PID控制器,结合模糊控制理论,建立模糊规则,形成模糊PID控制器,并利用Simulink工具对控制器建模。接着,分析开源飞控系统Pixhawk,并进行扩展开发。最后,采用六自由度转台作为半物理仿真平台的物理效应模型,利用Qt Creator开发工具开发环境仿真系统,由此形成一套面向复杂环境的半物理仿真平台。测试结果表明,四旋翼无人机飞行动力学模型能够在风场下正确计算,模糊PID控制器为四旋翼无人机提供优秀的控制方案。半物理仿真平台能够向基于Pixhawk的飞控系统注入环境仿真信息并显示四旋翼无人机的飞行轨迹和飞行状态信息,六自由度转台能够复现无人机的飞行姿态。本文设计的半物理仿真平台用于飞控系统的开发,对缩短研发周期,提高控制精度具有良好的应用价值。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1;TP273
【图文】：

逦疆＾逦擺焌逡逑图１．２邋Ｄｏｎｇｗｏｎ邋Ｊｕｎｇ和Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ邋Ｔｓｉｏｔｒａｓ设计的半物理仿真平台结构图１４１逡逑上述两种无人机的半物理仿真平台是早期最基本的半物理仿真架构，它们通过多台逡逑计算机运行仿真系统中的程序，并实现彼此通信，来体现半物理仿真平台的物理特性，逡逑但是如此设计，计算机仅仅是作为程序运行的载体，并没有参与到整个系统仿真交互过逡逑程中，因此就没有完全体现出半物理仿真的优势。逡逑国内早期对于半物理仿真技术的研宄主要集中在军事领域，但是随着计算机技术、逡逑通信技术、控制理论的高速发展，对半物理仿真技术的研宄也成为国内许多领域的热门逡逑方向。目前对于半物理仿真技术的研宄主要集中在高校和部分研宄机构。逡逑２００８年南京航空航天大学自动化学院宋炜等人以ＭＡＴＬＡＢ为基础，搭建两台仿真逡逑计算机

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【参考文献】

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本文编号：2715966