四旋翼飞行器的鲁棒自适应控制研究

发布时间：2017-04-08 16:37

  本文关键词：四旋翼飞行器的鲁棒自适应控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着科学技术的发展,四旋翼飞行器因为其结构简单、造价低廉,而且能完成垂直起飞、定点悬停、低空超低速飞行等各种姿态动作等诸多优点,越来越多地被应用到军事和民用各个方面。但是,四旋翼飞行器系统是一个典型的非线性、多变量、高度耦合的欠驱动系统,且在飞行过程中易受到诸多干扰因素影响,难以建立准确的动力学模型,使得飞行控制系统的设计变得非常困难。虽然目前有多种控制算法应用于四旋翼飞行器的控制,但是结果表明实际控制效果仍有待提高。因此,我们需要研究更加有效的控制策略来获得满意的飞行控制效果。本文对微型四旋翼飞行器的应用现状、关键技术、应用前景以及控制方法研究现状等方面进行概括综述,然后根据其模型特点,重点研究了控制算法,设计出了两种非线性控制算法,主要研究内容和成果如下：首先,通过受力分析,建立了受扰的参数化不确定四旋翼飞行器非线性数学模型,模型中既考虑了系统内部参数化不确定,又考虑了外部干扰,所建模型更准确,更具有实际意义。其次,设计了一种基于鲁棒自适应控制的四旋翼飞行器全控制算法。针对系统内部的参数化不确定,设计自适应律在线估计；针对模型中的外界干扰部分,设计一种鲁棒函数抑制其影响,并且为防止干扰不确定项可能导致的系统不稳定和参数漂移等问题,文章使用了光滑投影的方法。最后通过仿真表明了所设计算法的有效性。再次,设计了一种基于自适应内模原理的四旋翼飞行器姿态控制算法。在建立了基于外界干扰完全未知的四旋翼飞行器非线性数学模型的基础上,采用自适应内模控制算法,设计了一种自适应内模控制器,通过理论分析证明了该方法的鲁棒性和良好跟踪效果。最后通过仿真说明所提算法的有效性。本文建立了四旋翼飞行器系统全面的非线性数学模型,针对其模型特点,设计了两种非线性控制算法,并通过理论分析及仿真分别证明和验证了所设计算法的有效性,为四旋翼飞行器的研究提供了一定的理论基础。最后,对全文做了总结和未来工作的期望。
【关键词】：四旋翼飞行器 非线性 鲁棒自适应控制 自适应内模
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 四旋翼飞行器的发展及研究现状12-14
• 1.3 四旋翼控制方法研究现状及课题研究意义14-17
• 1.4 论文主要内容17-19
• 2 鲁棒自适应控制和鲁棒自适应内模控制简介19-34
• 2.1 Lyapunov稳定性判据19-20
• 2.2 鲁棒自适应控制简介20-30
• 2.2.1 自适应控制20-25
• 2.2.2 鲁棒控制25-28
• 2.2.3 鲁棒自适应控制28-30
• 2.3 鲁棒自适应内模控制简介30-33
• 2.3.1 内模理论的提出和发展30-31
• 2.3.2 内模原理及鲁棒自适应内模控制31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 四旋翼飞行器的飞行原理及数学模型34-45
• 3.1 四旋翼飞行器简介34-38
• 3.1.1 四旋翼飞行器的基本结构34-35
• 3.1.2 四旋翼飞行器的飞行原理35-38
• 3.2 坐标系和坐标变换38-39
• 3.2.1 坐标系建立与姿态角定义38-39
• 3.2.2 坐标变换39
• 3.3 四旋翼飞行器的系统模型39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 四旋翼飞行器鲁棒自适应控制45-57
• 4.1 四旋翼飞行器鲁棒自适应控制算法设计45-49
• 4.1.1 四旋翼飞行器全控制系统分析45-46
• 4.1.2 姿态角的鲁棒自适应控制算法设计46-48
• 4.1.3 四旋翼飞行器位置鲁棒自适应控制算法设计48-49
• 4.2 稳定性证明49-51
• 4.3 仿真结果与分析51-56
• 4.3.1 姿态子系统仿真结果与分析51-53
• 4.3.2 位置子系统仿真结果与分析53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 四旋翼飞行器姿态鲁棒自适应内模控制57-68
• 5.1 姿态鲁棒自适应内模控制律设计57-58
• 5.2 系统稳定性证明58-63
• 5.3 仿真结果与分析63-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 结论68-69
• 参考文献69-72
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果72-74
• 学位论文数据集74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;未来10年将生产5448架军用旋翼机[J];航空维修与工程;2005年01期

2 陆洋;李建波;朱清华;;自转旋翼机配平及操纵响应特性[J];南京航空航天大学学报;2008年05期

3 道格拉斯·罗伊斯;赵;;民用旋翼机市场前景不容乐观[J];国际航空;2010年03期

4 徐慧;张伯虎;董文柱;石婷;;多功能无人旋翼机在公共安全方面的应用[J];现代电子技术;2011年20期

5 冯磊;佟勇;宋秀峰;;旋翼飞行器概述[J];科技创新导报;2012年29期

6 金德余;;航宇18-A型旋翼机[J];直升机技术;1994年03期

7 蔡汝鸿;;潜水艇载风筝式旋翼机[J];直升机技术;1994年04期

8 申斌;吴一波;林冬生;;旋翼机的发展与应用[J];科技传播;2013年23期

9 蔡汝鸿;;卡特旋翼机(三)——精彩纷呈的卡特旋翼机[J];航空知识;2005年06期

10 李长江;;新颖奇特的旋翼机[J];航空知识;1999年04期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 唐正飞;;旋翼飞行器及其系统发展研究[A];航空科学技术学科发展报告（2010-2011）[C];2011年

2 章洪;;新概念“直升旋翼机”[A];第六届中国科学家论坛论文汇编[C];2007年

3 ;旋翼无人机参赛报告[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张广林 张慧;世界旋翼机市场预测及产业发展的经验和启示[N];中国航空报;2008年

2 李昊;美陆军将启动高速旋翼机研制项目[N];中国航空报;2011年

3 本报记者 胡海波;自转旋翼机：会飞的“风车”[N];中国民航报;2011年

4 高翔;美陆军基于亚太战略评估其旋翼机计划[N];中国航空报;2012年

5 黎时;1923：旋翼机问世[N];中国航空报;2003年

6 姜曙光;未来十年生产5448架军用旋翼机[N];中国航空报;2004年

7 姜曙光;蒂尔预测未来十年旋翼机市场[N];中国航空报;2004年

8 王兰;轻型军用旋翼机市场将步入紧缩期[N];中国航空报;2011年

9 记者 刘军国;日本 美将如期部署“鱼鹰”旋翼机[N];人民日报;2012年

10 李昊;美国开展下一代高速旋翼机技术预研项目[N];中国航空报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王超;电控旋翼直升机气动特性研究[D];南京航空航天大学;2014年

2 朱清华;自转旋翼飞行器总体设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年

3 陈淼;自转式无人旋翼机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

4 魏鹏;旋翼非定常流场的黏性涡数值模拟方法及其混合方法的研究[D];南京航空航天大学;2012年

5 肖中云;旋翼流场数值模拟方法研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年

6 彭程;共轴八旋翼无人飞行器姿态与航迹跟踪控制研究[D];吉林大学;2015年

7 邓寅U，

本文编号：293251