基于输出调节和滑模控制的四旋翼无人机轨迹跟踪控制
发布时间：2020-12-19 15:04
四旋翼无人机作为一种集非线性、欠驱动、强耦合、多变量等特性于一体的旋翼式微型无人机,其机械结构简单、体积小巧、机动灵活,具有重要的军用和民用价值。四旋翼无人机在飞行过程中容易受到参数不确定性以及外界扰动的影响,对飞行控制品质的要求越来越高,开展飞行控制的研究有着重要的理论意义和实际价值。本论文针对四旋翼无人机轨迹的稳定跟踪控制及干扰抑制等问题,主要工作描述如下:（1）分析了四旋翼无人机的机体结构与飞行原理,通过分析四旋翼无人机的受力情况和力矩情况,通过牛顿-欧拉方程对系统的非线性动力学模型进行了建立。（2）针对四旋翼无人机的轨迹稳定跟踪控制以及易受干扰等问题,设计输出调节/积分滑模控制系统。其中基于动态面内模法设计位置输出调节器,可实现对轨迹的渐近跟踪以及对干扰的渐近抑制,引入动态面控制可消除虚拟控制微分项,简化控制器设计;利用积分滑模算法设计姿态控制器,并采用边界层法、趋近律法对高频抖振进行削弱。将所设计控制系统与双环PID控制器、双环滑模控制器进行了仿真对比,通过仿真对其轨迹跟踪控制性能和干扰抑制能力进行了有效验证。利用Hummingbird Drone实验平台对所设计姿态控制器进...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GeorgeDeBothezat四旋翼直升机
第一章 绪论大约在同一时期，来自法国的飞行器设计师Etienne Oehmichen，成功设计制造了被Oehmichen的系列飞行器，如图1.3所示，并在1921年成功试飞。然后在接下来的两间里Etienne Oehmichen对该系列飞行器进行不断的改进，于1924年成功实现了总航1km的闭路飞行。
图1.5 VZ-7四旋翼无人机在今后的几十年里，对四旋翼无人机的研究一直处于停滞不前的状态，直至20世纪十年代以后，伴随着通信技术、微惯性导航系统等科学技术的迅猛发展，重新引起了究学者对四旋翼无人机的关注，很多国家的高校及科研院所均对四旋翼无人机开展了关项目的研究。University of Pennsylvania[13,14]以IMU为研究核心，以红外光为辅助，自行设计的四旋翼无人机进行了姿态检测，可以实现翻转、避障、目标识别等功能，且该实验室还在极端条件下完成了室内定位、3D建图、多无人机协同飞行等试验；wiss Federal Institute of Technology[15]所成立的OS4四旋翼项目早已取得重大进展，该项下一阶段的目标是增强OS4的推力水平，提高自主飞行和避障飞行能力，目前在仿真境下进行了避障测试，并作出了相关的实验证明；Stanford University[16]设立了TARMAC工程项目，该项目改进了两款四旋翼无人机，分别为STARMAC I和TARMAC II。其中STARMAC II是STARMAC I的改进型，能够在室外遵循预先设定好航路点进行自主飞行，并将图像信息和飞行参数实时传回地面控制站；Massachusettsstitute of Technology[17]合力开发设计了一款可以实现室内定位、建图和避障的四旋翼人机，与其他无人机通过定位系统进行室内定位不同，该无人机是利用激光雷达获取围环境信息，通过SLAM算法进行室内定位并建立起周围环境的3D模型，而且在无法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SO(3)的多四旋翼无人机编队协同控制[J]. 马鸣宇,董朝阳,马思迁,王青. 控制理论与应用. 2018(09)
[2]基于自适应滑模控制的四旋翼无人机轨迹追踪控制[J]. 陶彦隐,王炜毅,邱亚峰,李杰. 信息与控制. 2018(03)
[3]基于自抗扰的四旋翼无人机动态面姿态控制[J]. 张勇,陈增强,张兴会,孙青林,孙明玮. 吉林大学学报(工学版). 2019(02)
[4]风扰条件下四旋翼无人机智能控制算法的设计与仿真[J]. 肖长诗,毛贻汉,元海文,文元桥. 计算机科学. 2018(05)
[5]基于状态空间模型预测算法的四旋翼无人机飞行控制[J]. 周杰,王彪,唐超颖. 信息与控制. 2018(02)
[6]一类非线性切换系统的自适应神经动态面控制[J]. 王加朋,胡跃明,罗家祥. 控制理论与应用. 2017(10)
[7]基于高阶滑模观测器的微分滑模四旋翼无人机控制研究[J]. 魏炳翌,闻新. 航空兵器. 2017(04)
[8]一种基于内模补偿的四旋翼无人机姿态系统的渐近跟踪控制律的实现[J]. 李杰,戚国庆. 工业控制计算机. 2017(07)
[9]一种新型滑模控制器的设计及其应用[J]. 王鑫,陈欣,李继广. 科学技术与工程. 2017(16)
[10]基于区间矩阵的四旋翼无人机鲁棒跟踪控制[J]. 孙妙平,刘静静,年晓红,王海波. 控制理论与应用. 2017(02)
本文编号：2926110
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GeorgeDeBothezat四旋翼直升机
第一章 绪论大约在同一时期，来自法国的飞行器设计师Etienne Oehmichen，成功设计制造了被Oehmichen的系列飞行器，如图1.3所示，并在1921年成功试飞。然后在接下来的两间里Etienne Oehmichen对该系列飞行器进行不断的改进，于1924年成功实现了总航1km的闭路飞行。
图1.5 VZ-7四旋翼无人机在今后的几十年里，对四旋翼无人机的研究一直处于停滞不前的状态，直至20世纪十年代以后，伴随着通信技术、微惯性导航系统等科学技术的迅猛发展，重新引起了究学者对四旋翼无人机的关注，很多国家的高校及科研院所均对四旋翼无人机开展了关项目的研究。University of Pennsylvania[13,14]以IMU为研究核心，以红外光为辅助，自行设计的四旋翼无人机进行了姿态检测，可以实现翻转、避障、目标识别等功能，且该实验室还在极端条件下完成了室内定位、3D建图、多无人机协同飞行等试验；wiss Federal Institute of Technology[15]所成立的OS4四旋翼项目早已取得重大进展，该项下一阶段的目标是增强OS4的推力水平，提高自主飞行和避障飞行能力，目前在仿真境下进行了避障测试，并作出了相关的实验证明；Stanford University[16]设立了TARMAC工程项目，该项目改进了两款四旋翼无人机，分别为STARMAC I和TARMAC II。其中STARMAC II是STARMAC I的改进型，能够在室外遵循预先设定好航路点进行自主飞行，并将图像信息和飞行参数实时传回地面控制站；Massachusettsstitute of Technology[17]合力开发设计了一款可以实现室内定位、建图和避障的四旋翼人机，与其他无人机通过定位系统进行室内定位不同，该无人机是利用激光雷达获取围环境信息，通过SLAM算法进行室内定位并建立起周围环境的3D模型，而且在无法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SO(3)的多四旋翼无人机编队协同控制[J]. 马鸣宇,董朝阳,马思迁,王青. 控制理论与应用. 2018(09)
[2]基于自适应滑模控制的四旋翼无人机轨迹追踪控制[J]. 陶彦隐,王炜毅,邱亚峰,李杰. 信息与控制. 2018(03)
[3]基于自抗扰的四旋翼无人机动态面姿态控制[J]. 张勇,陈增强,张兴会,孙青林,孙明玮. 吉林大学学报(工学版). 2019(02)
[4]风扰条件下四旋翼无人机智能控制算法的设计与仿真[J]. 肖长诗,毛贻汉,元海文,文元桥. 计算机科学. 2018(05)
[5]基于状态空间模型预测算法的四旋翼无人机飞行控制[J]. 周杰,王彪,唐超颖. 信息与控制. 2018(02)
[6]一类非线性切换系统的自适应神经动态面控制[J]. 王加朋,胡跃明,罗家祥. 控制理论与应用. 2017(10)
[7]基于高阶滑模观测器的微分滑模四旋翼无人机控制研究[J]. 魏炳翌,闻新. 航空兵器. 2017(04)
[8]一种基于内模补偿的四旋翼无人机姿态系统的渐近跟踪控制律的实现[J]. 李杰,戚国庆. 工业控制计算机. 2017(07)
[9]一种新型滑模控制器的设计及其应用[J]. 王鑫,陈欣,李继广. 科学技术与工程. 2017(16)
[10]基于区间矩阵的四旋翼无人机鲁棒跟踪控制[J]. 孙妙平,刘静静,年晓红,王海波. 控制理论与应用. 2017(02)
本文编号：2926110
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2926110.html
