四旋翼无人机执行器故障诊断与容错控制

发布时间：2020-10-18 05:26

　　 四旋翼无人机体积小、重量轻、机械结构简单、对工作环境的要求低,四旋翼无人机技术的发展也是当下技术人员的焦点。四旋翼无人机的动力学特性较为复杂,正常工作下也需要多个传感器与执行器之间相互配合工作。这些复杂的特性使得其极易发生故障,造成严重的生命财产安全隐患。为了提高四旋翼无人机工作的安全性和可靠性,对故障进行诊断并容错控制就显得尤为重要。本文针对四旋翼无人机的执行器故障问题进行深入研究。期望通过对执行器的故障进行分离与重构,将故障信号做出估计与损伤程度评估。并利用估计的故障信号对执行器故障下的四旋翼无人机做出容错控制处理,达到一定得控制指标。本文的主要研究内容包括:(1)建立机体坐标系和惯性坐标系之间的转换关系。通过构建了无人机的刚体模型推导出了四旋翼无人机的动力学方程模型。对一般情况下的四旋翼无人机飞行器执行器机构故障的模型做出描述。(2)提出了一种基于LMI的四旋翼无人机滑模控制器来解决对无人机在无执行器故障情况下的姿态与位置的基本飞行控制。(3)设计了一个滑模观测器对执行器故障下的四旋翼无人机的故障状态进行检测并且重构观测的故障信号。(4)基于滑模观测器重构的故障信号估计信息,采用状态反馈的故障重构方法,设计针对执行器机构偏差故障的四旋翼无人机飞行器主动容错控制方法。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V279;V249.1
【部分图文】：

中国计量大学硕士学位论文12图2.1 飞行器空间角度位置的确定无人机的飞行运动中主要进行的两类运动就是空间的平移运动和自身的旋转运动。相对于运动对应的惯性坐标系和机体坐标系之间的夹角，我们使用三个欧拉角θ，γ，ψ来表示。其中，横滚角γ是无人机飞行器的机体平面与水平地平面之间的夹角，向右横滚时形成的角度方向为正方向；俯仰角θ是无人机飞行器头部指向的 与水平地面之间形成的夹角，向天方向的形成的仰角（飞行器的抬升飞行方向）为正方向俯仰角；偏航角ψ是本体轴O 与水平面 平面上的投影形成的夹角，同时也规定飞行器向右旋 转 运 动 时 形 成 的 角 度 为 正 角 度 。 且 规 定 三 个 角 度 的 变 化 范 围 是γ ( 2,2) , θ ( 2

中国计量大学硕士学位论文15图2.2 飞行器运动分析图2.3 力和力矩上述刚体模型中的所描述的这些广义力的知识，是的模型系统的构成了一个整体。如果这些变量是可以描述的、是已知的，那么我们就可以使用他们来表达行对于惯性坐标系的四旋翼无人飞行器的动力学表达式。下面我们就具体的来分析其受到的各种力与力矩。2.3.1 重力考虑重力的影响时，重力会直接作用于飞行器的重心并沿着地面坐标系的 轴方向垂直向下。= R(γ,θ,ψ)00 （2-4）

SSM 还是受到了影响，而 LSM 很好的克服了这个缺点。图3.2 四旋翼无人机飞行轨迹图图3.3 四旋翼无人机位置坐标与四旋翼无人机线速度-0.20.800.20.6 0.80.40.6y ( m )0.60.4x ( m )0.80.40.20.200LSM pathSSM path
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本文编号：2845864