有限测量能力条件下无人机主动鲁棒控制技术研究
发布时间：2021-04-11 00:19
近年来,无人驾驶飞行器已在各种领域得到广泛应用。与传统有人驾驶飞机相比较,无人机具有尺寸小、使用方便、机动性强等优点。但是受限于尺寸、载荷等问题,无人机的在很多应用场景下不能满足很高的鲁棒性需求。所以,本文主要针对小型旋翼无人机的控制问题进行理论推导与仿真和实验验证,对现有无人机的控制系统进行改进与完善,使其具有良好的鲁棒性能。主要研究内容如下:本文通过对常见四旋翼的控制流程分析,将飞行控制系统分为内环控制和外环控制两部分。在内环控制中,针对模型不确定、输入积分饱和以及存在不可测量干扰等测量有限条件,分别设计了基于标准积分的PID控制器,基于有界积分的PID控制器以及基于UDE干扰估计器的鲁棒控制器。并根据四旋翼飞行器的工作原理与力学分析,建立理想状态下的运动学模型,并以此搭建MATLAB/Simulink仿真程序,仿真验证各控制器的有效性。搭建四旋翼物理实验平台与三自由度直升机仿真验证平台,通过飞行实验验证算法鲁棒性能。在外环控制中,针对缺少必要测量数据信息等情况,通过基于视觉的运动捕捉系统为无人机提供相应的测量数据,并通过计算机为无人机搭建外环控制系统,通过飞行试验验证外环控制器的...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 无人机鲁棒控制国内外研究历史与现状
1.2.1 中大型无人机研究现状
1.2.2 小型无人机研究现状
1.3 现有鲁棒控制方法及其局限性
1.4 本论文的结构安排
第二章 基于标准积分的鲁棒控制
2.1 基于标准积分的PID控制器设计
2.1.1 PID控制器
2.1.2 姿态环PID控制器设计
2.1.3 高度环PID控制器设计
2.2 PID控制器算法仿真与结果分析
2.2.1 四旋翼飞行器定高悬停仿真与分析
2.2.2 四旋翼飞行器鲁棒性能仿真与分析
2.3 四旋翼物理飞行实验平台
2.3.1 四旋翼飞行器硬件平台搭建
2.3.2 四旋翼飞行平台控制流程
2.4 四旋翼飞行实验验证及数据分析
2.4.1 基于标准积分的PID高度控制实验
2.4.2 基于标准积分的PID高度鲁棒控制实验
2.5 本章小结
第三章 基于有界积分的鲁棒控制
3.1 有界积分控制器设计
3.2 有界积分控制仿真及鲁棒性分析
3.2.1 基于Simulink仿真平台的有界积分控制仿真实验与分析
3.2.2 基于三自由度直升机的有界积分控制仿真实验与分析
3.2.2.1 三自由度飞行器实验验证平台介绍
3.2.2.2 三自由度飞行器实验验证平台的数学模型
3.2.2.3 三自由度飞行器实验与分析
3.3 有界积分控制飞行试验平台实验验证与鲁棒性分析
3.3.1 基于有界积分控制器的高度控制实验
3.3.2 基于有界积分控制器的高度鲁棒性试验
3.4 本章小结
第四章 基于UDE的鲁棒控制
4.1 UDE的基本原理
4.2 状态预测器的相关原理
4.3 基于UDE的鲁棒控制律设计
4.4 三自由度直升机平台基于UDE鲁棒控制实验
4.4.1 实验设计
4.4.2 实验数据与分析
4.5 本章小结
第五章 基于视觉系统的外环鲁棒控制
5.1 外环控制器设计
5.2 实验平台介绍
5.2.1 视觉运动捕捉系统
5.2.2 PARROT无人机
5.2.3 实验平台介绍
5.3 实验设计与实验结果
5.3.1 实验设计
5.3.2 实验结果与分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 进一步工作计划与研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]输入饱和与姿态受限的四旋翼无人机反步姿态控制[J]. 魏青铜,陈谋,吴庆宪. 控制理论与应用. 2015(10)
[2]基于飞行品质评估的无人直升机鲁棒控制器设计[J]. 刘鹏,王强,蒙志君,武哲. 航空学报. 2012(09)
博士论文
[1]基于鲁棒补偿的小型无人机飞行控制方法研究[D]. 李湛.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于等价输入干扰补偿的几类典型系统扰动抑制设计[D]. 刘瑞娟.中南大学 2014
[3]四旋翼无人机几何滑模姿态控制技术和抗扰应用研究[D]. 安宏雷.国防科学技术大学 2013
[4]小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D]. 贺跃帮.华南理工大学 2013
[5]高空长航无人机多信息融合自主导航关键技术研究[D]. 于永军.南京航空航天大学 2011
[6]无人机协同编队飞行中的视觉感知关键技术研究[D]. 方挺.南京航空航天大学 2008
硕士论文
[1]四旋翼飞行器建模与控制方法研究[D]. 罗春光.天津工业大学 2016
[2]四旋翼飞行器控制与实现[D]. 米培良.大连理工大学 2015
[3]四旋翼飞行器控制系统的设计与实现[D]. 高京都.大连理工大学 2015
[4]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
[5]四旋翼飞行器飞行控制系统的设计与实现[D]. 周俊涛.大连理工大学 2012
[6]一种四旋翼无人直升机飞行控制器的设计[D]. 黄溪流.南京理工大学 2010
[7]四旋翼无人直升机飞行控制技术研究[D]. 单海燕.南京航空航天大学 2008
本文编号：3130597
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 无人机鲁棒控制国内外研究历史与现状
1.2.1 中大型无人机研究现状
1.2.2 小型无人机研究现状
1.3 现有鲁棒控制方法及其局限性
1.4 本论文的结构安排
第二章 基于标准积分的鲁棒控制
2.1 基于标准积分的PID控制器设计
2.1.1 PID控制器
2.1.2 姿态环PID控制器设计
2.1.3 高度环PID控制器设计
2.2 PID控制器算法仿真与结果分析
2.2.1 四旋翼飞行器定高悬停仿真与分析
2.2.2 四旋翼飞行器鲁棒性能仿真与分析
2.3 四旋翼物理飞行实验平台
2.3.1 四旋翼飞行器硬件平台搭建
2.3.2 四旋翼飞行平台控制流程
2.4 四旋翼飞行实验验证及数据分析
2.4.1 基于标准积分的PID高度控制实验
2.4.2 基于标准积分的PID高度鲁棒控制实验
2.5 本章小结
第三章 基于有界积分的鲁棒控制
3.1 有界积分控制器设计
3.2 有界积分控制仿真及鲁棒性分析
3.2.1 基于Simulink仿真平台的有界积分控制仿真实验与分析
3.2.2 基于三自由度直升机的有界积分控制仿真实验与分析
3.2.2.1 三自由度飞行器实验验证平台介绍
3.2.2.2 三自由度飞行器实验验证平台的数学模型
3.2.2.3 三自由度飞行器实验与分析
3.3 有界积分控制飞行试验平台实验验证与鲁棒性分析
3.3.1 基于有界积分控制器的高度控制实验
3.3.2 基于有界积分控制器的高度鲁棒性试验
3.4 本章小结
第四章 基于UDE的鲁棒控制
4.1 UDE的基本原理
4.2 状态预测器的相关原理
4.3 基于UDE的鲁棒控制律设计
4.4 三自由度直升机平台基于UDE鲁棒控制实验
4.4.1 实验设计
4.4.2 实验数据与分析
4.5 本章小结
第五章 基于视觉系统的外环鲁棒控制
5.1 外环控制器设计
5.2 实验平台介绍
5.2.1 视觉运动捕捉系统
5.2.2 PARROT无人机
5.2.3 实验平台介绍
5.3 实验设计与实验结果
5.3.1 实验设计
5.3.2 实验结果与分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 进一步工作计划与研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]输入饱和与姿态受限的四旋翼无人机反步姿态控制[J]. 魏青铜,陈谋,吴庆宪. 控制理论与应用. 2015(10)
[2]基于飞行品质评估的无人直升机鲁棒控制器设计[J]. 刘鹏,王强,蒙志君,武哲. 航空学报. 2012(09)
博士论文
[1]基于鲁棒补偿的小型无人机飞行控制方法研究[D]. 李湛.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于等价输入干扰补偿的几类典型系统扰动抑制设计[D]. 刘瑞娟.中南大学 2014
[3]四旋翼无人机几何滑模姿态控制技术和抗扰应用研究[D]. 安宏雷.国防科学技术大学 2013
[4]小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D]. 贺跃帮.华南理工大学 2013
[5]高空长航无人机多信息融合自主导航关键技术研究[D]. 于永军.南京航空航天大学 2011
[6]无人机协同编队飞行中的视觉感知关键技术研究[D]. 方挺.南京航空航天大学 2008
硕士论文
[1]四旋翼飞行器建模与控制方法研究[D]. 罗春光.天津工业大学 2016
[2]四旋翼飞行器控制与实现[D]. 米培良.大连理工大学 2015
[3]四旋翼飞行器控制系统的设计与实现[D]. 高京都.大连理工大学 2015
[4]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
[5]四旋翼飞行器飞行控制系统的设计与实现[D]. 周俊涛.大连理工大学 2012
[6]一种四旋翼无人直升机飞行控制器的设计[D]. 黄溪流.南京理工大学 2010
[7]四旋翼无人直升机飞行控制技术研究[D]. 单海燕.南京航空航天大学 2008
本文编号：3130597
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