四旋翼飞行器编队平台的设计与实现

发布时间：2021-01-09 17:42

　　近年来,随着科学技术的飞速发展,以智能化和创新为代表的无人机正逐步融入到农业植保、电力检测、民用摄影、航空测绘以及气象监测等各个社会领域。然而单个无人机受能耗、重量、尺寸的限制,无法完成一些复杂的大规模任务,而多无人机协同工作则可以实现任务分化和并行处理,使得每个无人机只完成既定的局部任务。这种分布式多智能体的编队控制系统成为各大高校、科研院所研究的新热点。四旋翼飞行器作为无人机的一个重要分支,尤其是在编队控制领域,越来越受到广大研究学者的重视。目前的研究主要集中在编队形成和保持、队形切换、路径规划等方面。多智能体协同编队的主要方法有:跟随领航者法、基于行为法、虚拟结构法、人工势场法等。本文以四旋翼飞行器为研究对象,重点研究了基于单四旋翼稳定控制的编队控制算法。首先介绍了四旋翼飞行器的结构和原理,建立四旋翼飞行器的数学模型。然后对四旋翼硬件系统进行模块化设计,给出了飞控系统的软件设计方案。并对多传感器进行信息融合,结合双闭环PID的飞行控制器完成了单个四旋翼飞行器的稳定控制。四旋翼飞行器编队采用领航跟随法,利用相对偏差距离和相对偏差角度实现编队控制。本文给出了每个四旋翼位置的描述,在不... 

【文章来源】：曲阜师范大学山东省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

四旋翼结构图

动坐标系设置为机体坐标系(b系)，如图 2.2 所示。图 2.2 机体坐标系和地理坐标系示意图2.2.2 变换矩阵四旋翼在空中的姿态都可以从地面坐标系按照某种顺序旋转得到。坐标变换矩阵指的是不同坐标系的转换关系。假设四旋翼飞行器按照 z-y-x 的顺序依次转动，那么各坐标轴转动的变换矩阵如下所示：绕 z 轴转动 ， 001sincos0cossin0 zR (2.1)绕 y 轴转动 22, sin0cos010cos0sinyR (2.2)绕 x 轴转动 2,2 0sincos0cossin100xR (2.3)四旋翼飞行器按照 z-y-x 的顺序依次转动，则 xyzbzR R R R(2.4)即

机编队的体系结构决定了无人机之间的信息交主要分为集中式结构、分散式结构以及分布式过设立的一个控制中心，接收每个无人机状态航速信息等)通过指令的形式发送到每个无人22]。点是减少了信息处理中间过程，提高了数据的队问题时，数据处理量大，计算周期长，对控子系统软件较为复杂，数据采集及控制复杂，新较为困难。，会占用较多的通讯资源，同时存在通讯通道心依赖程度较高，一旦控制中心出现故障，整 2-3 给出了集中式结构示意图。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种领航-跟随型多移动机器人编队控制方法[J]. 王荪馨,王经国.  重型机械. 2019(01)
[2]基于人工鱼群算法的PID参数优化研究[J]. 付月园,许琪斌.  计算机与数字工程. 2018(09)
[3]多机器人领航-跟随型编队控制[J]. 师五喜,王栋伟,李宝全.  天津工业大学学报. 2018(02)
[4]四轴飞行器系统研究与设计[J]. 李瑞平,杜华巍.  科技视界. 2017(05)
[5]基于人工鱼群PID控制算法的四旋翼飞行器控制[J]. 方璇,钟伯成.  电子科技. 2015(12)
[6]欠驱动四旋翼飞行器反演模糊自适应控制[J]. 杨立本,章卫国,黄得刚,车军.  西北工业大学学报. 2015(03)
[7]基于四元素的扩展卡尔曼滤波航姿参考系统算法设计[J]. 刘维亭,白杨.  船舶工程. 2015(04)
[8]基于四元数EKF的低成本MEMS姿态估计算法[J]. 贾瑞才.  传感技术学报. 2014(01)
[9]基于nRF24L01P的智能家居无线组网方案的设计[J]. 李增雷.  电子技术与软件工程. 2013(10)
[10]具有通信延迟的多无人机编队飞行控制[J]. 李少斌,陈炎财,杨忠,黄宵宁,杨成顺.  信息与控制. 2012(02)

硕士论文
[1]四旋翼的协调编队飞行控制[D]. 阴枭雄.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：2967111