微小型四旋翼飞行器的位姿信息解算与控制研究应用

发布时间：2020-09-11 17:45

　　 微小型四旋翼飞行器以其隐秘性高和灵活性好等优势,适应在恶劣环境下工作,具有很高的应用价值。四旋翼飞行器属于非线性、欠驱动系统,大大增加了控制难度。因此,本文重点研究了微小型四旋翼飞行器的位姿信息解算和控制算法,目的是使其飞行更稳定、抗干扰更强和实用性更好。本文详细分析了微小型四旋翼飞行器在空中的运动原理和双坐标系间的转换。同时,设计了飞行控制系统和地面操控站的硬件平台。基于该硬件平台,研究了微小型四旋翼飞行器的位姿信息解算,位姿信息包括姿态、高度和水平位置信息。姿态解算,利用梯度下降法完成四元数的更新,解算出俯仰角和横滚角,利用一阶互补滤波完成了偏航角信息解算。高度信息和水平位置信息,利用多阶互补滤波完成了信息解算。接着,本文研究了微小型四旋翼飞行器的控制算法。指出经典PID和模糊控制两种常用算法的不足,经分析研究提出一种自适应模糊PID算法用于飞行控制系统。在微小型四旋翼飞行器平台上,本文进行了仿真与现场飞行实验。仿真实验结果表明:自适应模糊PID相比经典PID和模糊控制,具有动态性能好、响应快、飞行路径最优等优点,同时基于该算法飞行器能完成自主跟踪任务,跟踪误差小、响应快。现场飞行结果表明:基于自适应模糊PID算法,四旋翼飞行器能完成姿态、定点悬停和不同高度等飞行任务,验证了该算法的实用性。最后,将研究成果应用到空中拍摄和水样采集领域。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V249
【部分图文】：

图 1.1 Breguet-Richet 四旋翼飞离地面在第一架四旋翼飞行器问世后，接着数年四旋翼飞行器不断被重构优化：1922年，一架带有简单控制思维的四旋翼飞行器被研发出来见图 1.2，研发者应用了油门调节器在发动机上，以此来简单的控制螺旋桨的转速[21]，该架四旋翼飞行器是

DeBothezat四旋翼飞离地面

大疆“御”MavicPro

【参考文献】

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本文编号：2816982