小型四旋翼无人机轨迹规划算法研究

发布时间：2017-04-17 04:18

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【摘要】：随着科学技术的进步,微小型多旋翼无人机技术已经日渐成熟,其应用的领域也越来越广泛,随之对轨迹规划的要求也不断的提高。无人机的轨迹规划是指在满足无人机性能指标和特定的约束条件下,寻找一条从起始点到目标点的最优或者次优的飞行轨迹,它是无人机实现自主巡航的重要组成部分。蚁群算法、随机搜索法等传统的轨迹规划算法没有考虑轨迹的运动学约束,而无人机飞行时需要在每一点上都有可飞行的轨迹。针对传统轨迹规划算法的缺陷,以及充分利用旋翼机可悬停和向各个方向机动的优势,并考虑其机载运算能力相对较弱的因素,论文提出一种全新的基于Sigmoid函数的多个路径点间的轨迹规划算法,同时设计了两种航向角的调整策略。该算法采用圆滑可导的Sigmoid函数作为位置函数,在规划出任意两个路径点间的状态轨迹的同时保证了光滑可导的速度轨迹函数。同时将广泛应用于机器人轨迹规划的Dubins轨迹规划算法,用于小型四旋翼无人机,并对其三维多点任务巡航问题进行了详细描述。最后论文给出了采用典型的小型四旋翼无人机动态模型和控制算法,对两种算法规划的飞行轨迹分别进行跟踪飞行的仿真,结果证实了两种算法的可行性、有效性和实时性。
【关键词】：小型四旋翼无人机 自主巡航 Sigmoid轨迹规划算法 轨迹跟踪
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 主要符号对照表13-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 课题研究的背景、意义15-16
• 1.1.1 四旋翼无人机的研究背景15-16
• 1.1.2 飞行器轨迹规划算法的研究背景16
• 1.2 研究现状16-21
• 1.2.1 四旋翼无人机的研究现状16-20
• 1.2.2 飞行器轨迹规划算法的研究现状20-21
• 1.3 技术难点和本文主要研究内容21-23
• 第二章 飞行控制系统硬件平台23-29
• 2.1 UAV模型平台23-24
• 2.2 飞行控制硬件平台综述24-28
• 2.2.1 飞行控制系统24-25
• 2.2.2 传感器系统25
• 2.2.3 执行机构驱动模块25-26
• 2.2.4 数据通信部分26-27
• 2.2.5 整体结构实体27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 轨迹规划算法29-51
• 3.1 轨迹规划算法介绍29-30
• 3.2 轨迹规划问题描述30-31
• 3.3 基于Sigmoid函数的轨迹规划算法31-39
• 3.3.1 一维路径规划32-34
• 3.3.2 三维路径规划34-36
• 3.3.3 航向角的调整策略36-38
• 3.3.4 具体的算法步骤38-39
• 3.4 基于Dubins函数的轨迹规划算法39-49
• 3.4.1 Dubins最短路径规划算法39-41
• 3.4.2 二维轨迹规划算法41-47
• 3.4.3 三维轨迹规划算法47-48
• 3.4.4 Dubins轨迹规划航向角的确定48-49
• 3.4.5 具体的算法步骤49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 系统动力学模型及控制算法51-61
• 4.1 无人机空间运动表示51-54
• 4.1.1 参考坐标系51
• 4.1.2 欧拉角表示51-52
• 4.1.3 四旋翼无人机的飞行机理52-54
• 4.2 四旋翼无人机动力学分析及数学建模54-56
• 4.3 控制算法56-59
• 4.3.1 姿态控制算法57
• 4.3.2 高度控制算法57-58
• 4.3.3 水平控制算法58-59
• 4.4 轨迹规划及轨迹跟踪算法59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 算法的仿真结果61-79
• 5.1 飞行试验61-63
• 5.2 Matlab/Simulink模型的搭建63-67
• 5.3 基于Sigmoid函数的轨迹规划算法仿真结果67-74
• 5.3.1 航向角调整策略一的仿真结果68-71
• 5.3.2 航向角调整策略二的仿真结果71-74
• 5.4 基于Dubins函数的轨迹规划算法仿真结果74-77
• 5.5 本章小结77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 在读期间发表的学术论文及取得的其他研究成果85-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 安宏雷;李杰;王剑;王建文;马宏绪;;应用于四旋翼无人机角速度估计的几何滑模观测器设计[J];国防科技大学学报;2013年06期

2 张静;张华;刘恒;霍建文;;微型四旋翼无人机模糊PID控制[J];兵工自动化;2014年06期

3 刘志军;吕强;王东来;;小型四旋翼直升机的建模与仿真控制[J];计算机仿真;2010年07期

4 赵文婷;彭俊毅;;基于VORONOI图的无人机航迹规划[J];系统仿真学报;2006年S2期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郑重;多航天器编队飞行分布式协同控制[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：312409