基于Pixhawk飞控板的六旋翼飞行器自适应动态逆控制技术研究

发布时间：2017-04-12 19:24

  本文关键词：基于Pixhawk飞控板的六旋翼飞行器自适应动态逆控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：六旋翼飞行器因其机动灵活、自主飞行等特性,在很多危险场合可以代替人来完成工作,因而得到了快速的发展,而控制系统是保证其稳定飞行的关键。本文以开源飞控系统中的佼佼者Pixhawk为基础,对六旋翼飞行器的控制系统进行研究。文中第一部分简单描述了六旋翼飞行器的基本组成,对各组成部分关键部件予以说明,并完成电源模块、编码器、电调等硬件电路设计；理清”X”型布局六旋翼飞行器的基本控制原理；进行飞行实验。第二部分对PixhaWk飞控栈进行了全面分析,包括介绍系统的总体框架,确定飞行控制栈的类型；搭建编译环境,简单分析编译过程；描述飞行控制栈的目录结构及库功能；分析飞行控制栈的运行流程；梳理飞行控制系统的姿态估计算法(DCM EKF)；图解飞行控制系统的几种控制律。第三部分根据牛顿运动定律建立六旋翼飞行器的非线性动态方程,设计并搭建基于SimuLink的姿态动态逆控制器；为了增强控制系统的鲁棒性,增加一个自适应矢量以补偿六旋翼飞行器的模型逆误差,并结合PID控制器设计了六旋翼飞行器的姿态和位置控制器,通过仿真实验证明设计的控制器能达到快速响应并稳定跟踪轨迹的目的。
【关键词】：Pixhawk 姿态估计 六旋翼飞行器 动态逆
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 引言7
• 1.2 国内外发展现状7-10
• 1.3 六旋翼飞行器发展的关键技术10
• 1.4 论文主要内容10-12
• 2 六旋翼飞行器基本组成及控制原理12-32
• 2.1 六旋翼飞行器的基本组成12-20
• 2.1.1 机械系统12
• 2.1.2 动力系统12-17
• 2.1.3 控制系统17-20
• 2.2 六旋翼飞行器的基本控制原理20-22
• 2.3 飞行实验22-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 Pixhawk飞行控制系统分析32-65
• 3.1 程序编译33-35
• 3.2 控制栈的目录结构35-36
• 3.3 飞行控制栈的运行流程36-45
• 3.4 姿态估计45-57
• 3.4.1 姿态估计——DCM45-51
• 3.4.2 姿态估计——EKF51-57
• 3.5 飞行控制律57-64
• 3.5.1 输入信号预处理58-59
• 3.5.2 电机控制信号解算59-60
• 3.5.3 飞行控制律60-64
• 3.6 本章小结64-65
• 4 六旋翼飞行器动力学模型65-76
• 4.1 机体动力学方程65-66
• 4.2 受力分析66-70
• 4.3 SimuLink仿真程序70-75
• 4.4 本章小结75-76
• 5 动态逆控制器设计76-90
• 5.1 非线性动态逆理论76-77
• 5.2 动态逆控制器设计77-80
• 5.2.1 外回路动态逆控制器78
• 5.2.2 内回路动态逆控制器78-80
• 5.3 仿真验证80-84
• 5.3.1 内回路动态逆控制器仿真80-82
• 5.3.2 外回路动态逆控制器仿真82-84
• 5.4 动态逆控制器改进84-86
• 5.5 自适应矢量86-88
• 5.6 轨迹跟踪88-89
• 5.7 本章小结89-90
• 总结与展望90-91
• 参考文献91-95
• 附录195-101
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文101-102
• 致谢102

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本文编号：301988