小型四旋翼无人机稳定性飞行研究

发布时间：2020-10-19 10:30

　　 目前,四旋翼无人机应用广泛,除了应用在军事领域外,也应用于农业、建筑业、探索、矿产、地产以及其他很多行业,而无人机也逐渐进入人们的生活。随着无人机功能的多元化,各行各业也对无人机提出了更高的性能要求。因此提高无人机的性能是今后无人机课题研究的重中之重。四旋翼无人机的控制系统和姿态解算是保证无人机稳定飞行的核心条件。因此,有必要研究无人机的控制算法。本文首先介绍了四旋翼无人机的机械结构和四旋翼无人机的飞行原理,定义了惯性坐标系和机体坐标系,分析了坐标转换矩阵,对无人机进行空气动力学分析,并推导出四旋翼无人机的非线性系统模型。其次,设计了基于扩张状态观测器的控制系统,采用鲁棒滑模算法和自适应鲁棒滑模算法实现对四旋翼无人机的控制,并对系统中的扩张观测器和位置、姿态子控制系统进行了稳定性证明。提出了基于小波分解重构的小波滤波算法和用于姿态融合的互补滤波算法,滤除噪声干扰,提高无人机的精度。最后进行了四旋翼无人机控制算法对比实验和基于小波滤波的多传感器信息融合的算法仿真实验,并详细分析了实验结果。实验结果表明,本文提出的四旋翼无人机控制算法具有良好的稳定性和较快的响应速度,提出的基于小波滤波的姿态解算方法对滤除噪声效果显著。
【学位单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279;TP212
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的背景以及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 四旋翼无人机国内外研究现状
        1.2.2 四旋翼无人机控制算法国内外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 四旋翼无人机仿真模型
    2.1 引言
    2.2 四旋翼无人机一般机械结构
    2.3 四旋翼无人机运动原理
    2.4 坐标系下的转换关系
    2.5 四旋翼无人机系统模型建立
    2.6 本章小结
第三章 四旋翼无人机控制系统设计
    3.1 引言
    3.2 滑模变结构控制算法简介
    3.3 扩张状态观测器
        3.3.1 扩张状态观测器设计
        3.3.2 扩张状态观测器收敛性分析
    3.4 自适应鲁棒滑模控制器设计
        3.4.1 位置子系统控制器设计
        3.4.2 位置子系统稳定性证明
        3.4.3 姿态子系统控制器设计
        3.4.4 姿态子系统稳定性证明
    3.5 本章小结
第四章 基于小波滤波的互补滤波器
    4.1 引言
    4.2 互补滤波器原理及算法设计
        4.2.1 Mallat分解重构算法
        4.2.2 四元数微分方程及其解法
        4.2.3 基于互补滤波的姿态信息融合
    4.3 本章小结
第五章 实验及结论
    5.1 控制系统仿真平台及其实验结果分析
        5.1.1 控制系统仿真平台
        5.1.2 控制器仿真结果分析
    5.2 姿态解算平台及其实验结果分析
        5.2.1 实验方案
        5.2.2 实验结果分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢

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本文编号：2847089