无人机侧推控制系统设计及实现
发布时间：2021-01-20 12:50
无人机侧推控制系统作为移动工作平台悬吊在四旋翼无人机的动态环境中,空中扰动环境和系统耦合影响侧推控制系统输出精度。为减小空间扰动对侧推控制系统稳态输出的影响,本文提出一种新的控制策略,以系统可以直接测量的角度信息作为已知观测对象设计扰动推力观测器,并将观测到的扰动推力成比例地前馈补偿到PID位置控制器,以减小空间扰动对控制性能的影响,实现抗扰动自适应。分析侧推控制系统的耦合特性,通过状态反馈和前馈补偿两种方式实现对系统在俯仰和偏转方向的单独控制,在MATLAB中仿真验证了两种方法都能实现最终的解耦控制。以系统在俯仰方向上的控制为例,对比位置PID控制器和串级PID控制器对系统控制效果;推导得到扰动观测器模型,在Simulink中仿真验证了降阶扰动推力观测器设计方法的正确性,仿真观测到的扰动推力无超调、观测速度快;还通过模型仿真验证了前馈补偿策略相对于单纯的PID控制器能够更好的抑制扰动推力变化引起的系统位置波动,具有更小的角度波动和更快的调整时间。设计系统的机械结构和硬件电路,搭建了侧推控制系统调试平台。为了获得准确的侧推系统姿态信息,通过互补滤波姿态解算的方法得到侧推系统的姿态角,并...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
侧推控制系统机械总体结构
图 2-2 侧推控制系统外形简化结构图方向上的分析统两端电机输出产生的推力大小相等时，系统的制系统将在 XOZ 平面内做俯仰运动,电机产生的，此时系统会由于电机输出推力，在 XOZ 平面产统的中心为 l，系统在稳定状态与垂直方向的夹角机输出的合推力大小为 F，假设整个系统折合到
图 2-2 侧推控制系统外形简化结构图上的分析电机输出产生的推力大小相等时，系统将在 XOZ 平面内做俯仰运动,电机产生统会由于电机输出推力，在 XOZ 平面心为 l，系统在稳定状态与垂直方向的的合推力大小为 F，假设整个系统折合
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM Cortex-M4的永磁无刷直流调速系统设计[J]. 张从鹏,邢庆辉. 微特电机. 2016(01)
[2]小型四旋翼无人机姿态测量仿真研究[J]. 楚仕彬,袁亮. 计算机仿真. 2015(02)
[3]Optimal Control of Nonlinear Inverted Pendulum System Using PID Controller and LQR: Performance Analysis Without and With Disturbance Input[J]. Lal Bahadur Prasad,Barjeev Tyagi,Hari Om Gupta. International Journal of Automation & Computing. 2014(06)
[4]基于负载观测的PMSM滑模抗扰动自适应控制[J]. 张兵,唐猛,廖海洲. 工程设计学报. 2013(05)
[5]基于扰动观测器的机器人位置控制器设计[J]. 张宇,游有鹏. 组合机床与自动化加工技术. 2013(09)
[6]基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制[J]. 章玮,王伟颖. 机电工程. 2012(07)
[7]无刷直流电机模糊PID控制系统研究与仿真[J]. 王葳,张永科,刘鹏鹏,林国珊. 计算机仿真. 2012(04)
[8]基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制[J]. 刘颖,周波,方斯琛. 中国电机工程学报. 2010(09)
[9]串级PID控制在无人机姿态控制的应用[J]. 冯庆端,裴海龙. 微计算机信息. 2009(22)
[10]精密工作台扰动观测器的设计[J]. 贾松涛,朱煜,杨开明,李恒. 微细加工技术. 2007(04)
硕士论文
[1]四旋翼无人机鲁棒抗扰控制技术研究[D]. 杨翼.南京航空航天大学 2017
[2]基于串级PID控制算法的四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 乌仁别丽克.东华大学 2016
[3]抗负载扰动及自整定PDF策略控制系统研究与实现[D]. 幸权.西南交通大学 2015
[4]基于MEMS惯性器件的两轴稳定平台研究[D]. 李锡广.中北大学 2014
[5]四旋翼飞行器自抗扰控制方法研究[D]. 杨晟萱.大连理工大学 2014
[6]基于新扰动观测器的鲁棒控制系统设计[D]. 何忠亮.华南理工大学 2010
[7]两轴瞄准稳定系统最优实现分析[D]. 王晖.西安电子科技大学 2009
本文编号：2989075
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
侧推控制系统机械总体结构
图 2-2 侧推控制系统外形简化结构图方向上的分析统两端电机输出产生的推力大小相等时，系统的制系统将在 XOZ 平面内做俯仰运动,电机产生的，此时系统会由于电机输出推力，在 XOZ 平面产统的中心为 l，系统在稳定状态与垂直方向的夹角机输出的合推力大小为 F，假设整个系统折合到
图 2-2 侧推控制系统外形简化结构图上的分析电机输出产生的推力大小相等时，系统将在 XOZ 平面内做俯仰运动,电机产生统会由于电机输出推力，在 XOZ 平面心为 l，系统在稳定状态与垂直方向的的合推力大小为 F，假设整个系统折合
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM Cortex-M4的永磁无刷直流调速系统设计[J]. 张从鹏,邢庆辉. 微特电机. 2016(01)
[2]小型四旋翼无人机姿态测量仿真研究[J]. 楚仕彬,袁亮. 计算机仿真. 2015(02)
[3]Optimal Control of Nonlinear Inverted Pendulum System Using PID Controller and LQR: Performance Analysis Without and With Disturbance Input[J]. Lal Bahadur Prasad,Barjeev Tyagi,Hari Om Gupta. International Journal of Automation & Computing. 2014(06)
[4]基于负载观测的PMSM滑模抗扰动自适应控制[J]. 张兵,唐猛,廖海洲. 工程设计学报. 2013(05)
[5]基于扰动观测器的机器人位置控制器设计[J]. 张宇,游有鹏. 组合机床与自动化加工技术. 2013(09)
[6]基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制[J]. 章玮,王伟颖. 机电工程. 2012(07)
[7]无刷直流电机模糊PID控制系统研究与仿真[J]. 王葳,张永科,刘鹏鹏,林国珊. 计算机仿真. 2012(04)
[8]基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制[J]. 刘颖,周波,方斯琛. 中国电机工程学报. 2010(09)
[9]串级PID控制在无人机姿态控制的应用[J]. 冯庆端,裴海龙. 微计算机信息. 2009(22)
[10]精密工作台扰动观测器的设计[J]. 贾松涛,朱煜,杨开明,李恒. 微细加工技术. 2007(04)
硕士论文
[1]四旋翼无人机鲁棒抗扰控制技术研究[D]. 杨翼.南京航空航天大学 2017
[2]基于串级PID控制算法的四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 乌仁别丽克.东华大学 2016
[3]抗负载扰动及自整定PDF策略控制系统研究与实现[D]. 幸权.西南交通大学 2015
[4]基于MEMS惯性器件的两轴稳定平台研究[D]. 李锡广.中北大学 2014
[5]四旋翼飞行器自抗扰控制方法研究[D]. 杨晟萱.大连理工大学 2014
[6]基于新扰动观测器的鲁棒控制系统设计[D]. 何忠亮.华南理工大学 2010
[7]两轴瞄准稳定系统最优实现分析[D]. 王晖.西安电子科技大学 2009
本文编号：2989075
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