旋翼飞行机械臂的稳定性控制及轨迹规划

发布时间：2020-12-04 00:05

　　目前无人机应用广泛但大部分应用局限于航拍和巡检,还不能和环境进行主动“接触”,对环境中的物体进行交互。为实现与环境的交互,无人机通常需要搭载额外传感器（如机械臂、相机、其他测量传感器等）以完成各项任务,然而由于无人机有限的负载,搭载的传感器受到诸多限制;加上搭载传感器会带来相应的弊端,如无人机的重心偏移、传感器运动对飞行产生的扰动,导致无人机系统的稳定性受到很大影响。针对以上问题,本文在保证实际无人机系统下,从旋翼飞行机械臂系统的动力学模型建立、控制器设计、路径规划和实验验证等方面进行研究,本文主要工作如下:（1）首先针对飞行机械臂系统建模难的问题,对系统进行动力学分析并建立相应的坐标系,引入伪速度并通过欧拉-庞卡莱方程进行动力学建模,得到了无人机的动力学方程并设计控制器进行分析验证,为改善后系统的稳定分析和控制设计提供依据。（2）其次针对机械臂运动对无人机的稳定性影响,设计了基于指数趋近率的滑模PID控制器。在飞行机械臂的动力学模型基础上,与传统的PID控制方法进行控制性能的对比分析,通过仿真实验验证了滑模PID有效减弱扰动影响、增强系统稳定性和鲁棒性的性能。（3）在保证无人机稳定性... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

无人机的航拍、植保、巡检应用目前多旋翼无人机已经被广泛应用于社会的各个行业，但是其应用方向还很局限以

图 1-1 无人机的航拍、植保、巡检应用目前多旋翼无人机已经被广泛应用于社会的各个行业，但是其应用方向还很局限以航拍、监控、巡检等层面为主(如图 1-1 所示)，可以发现在这些应用方面无人机主要是作为一个搭载运输平台，通过搭载的相机来进行工作，而无人机本身却无法与外界环境进行“交互”，即根据观测环境状况自主完成特定的任务。此外，无人机的稳定性和飞行路径难以控制，目前市场上无人机的控制以遥控器为主，遥控器的缺点在于需要通过肉眼观测并进行手动控制，其他还有通过 GPS 实现 PC 地面站的路径导航，但这种方法的缺点是精度低或成本昂贵，且不能根据无人机所在环境进行任务合理调配。

难度会相应增大；普通的人工控制难以把控无人机觉、光流、超声波等传感器来辅助定位，为无人机现状及发展动态分析机的起步时间较晚，但研究开发的进度也日益加快技有限公司主导，大疆由于以面向市场为主要目标开发平台也属于非开源飞控；国内目前开源飞控博士、STC 等，这些无人机目前仍处于避障、定高发展受到诸多现在还好，国内无人机的发展目前主理论与实际相结合进行综合开发。


本文编号：2896682