城市环境下四旋翼无人机的鲁棒飞行控制技术
发布时间：2021-04-28 22:09
QUAV是一种具有结构简单、可低速飞行、垂直升降等优点的飞行器。与常规布局无人直升机相比,QUAV成本较低且维护方便。基于这些优点,近年来学术界对QUAV的研究热度不断上升,同时,QUAV在军用领域和民用领域的应用也趋于频繁。国内企业对QUAV的研发使得消费级QUAV在国内的市场占有比重越来越大,这些企业在国际上的竞争力也不断增强。论文围绕QUAV在城市环境中的飞行问题,以实现城市环境下的鲁棒飞行为目标,着重研究了感知城市环境的传感器及其预处理技术,双目测距系统,避障策略,障碍物识别,飞行控制系统设计等内容。论文的主要研究内容如下:首先,详细分析了QUAV的工作原理,从物理角度分析了QUAV的力和力矩。同时,为了方便对QUAV进行数学分析,建立了机体坐标系和世界坐标系,并解算了两个坐标系之间的变换矩阵。然后基于两个坐标系之间的关系,建立了传递函数表述的非线性动力学方程。考虑到实际工程中的运用,采用标准LPV法对非线性模型进行了线性化处理。然后,设计了基于线性化动力学方程的鲁棒控制器。其中包括对模型鲁棒性的分析,分析中解释了模型不确定性以及左右互质分解的步骤,之后又对鲁棒稳定问题解决的一...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 无人机的定义与分类
1.1.2 QUAV的特点
1.1.3 城市环境特点
1.1.4 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 QUAV控制技术研究现状
1.2.2 QUAV避障研究现状
1.3 本文主要研究内容及结构
1.3.1 文章结构
1.3.2 本文主要内容
第二章 QUAV模型建立
2.1 引言
2.2 工作原理
2.3 非线性动力学模型建立
2.3.1 坐标系及转换矩阵
2.3.2 非线性建模
2.3.3 模型线性化
2.4 小结
第三章 QUAV鲁棒控制技术
3.1 引言
3.2 模型鲁棒性分析
3.2.1 不确定性概念
3.2.2 规范化左右互质分解
3.2.3 鲁棒稳定问题分析
3.3 基于H_∞回路成形的鲁棒控制器设计
3.3.1 H_∞回路成形法概念
3.3.2 H_∞回路成形法控制器设计步骤
3.3.3 补偿器设计
3.3.4 控制器降阶
3.4 控制仿真分析
3.5 小结
第四章 城市环境感知设备及其预处理
4.1 引言
4.2 鱼眼相机成像分析
4.2.1 鱼眼相机成像特点
4.2.2 鱼眼相机成像模型
4.3 图像畸变矫正
4.3.1 经纬矫正方法
4.3.2 双经度矫正法
4.3.3 基于等立体角投影模型的矫正方法
4.4 相机标定
4.4.1 opencv中的标定方法
4.4.2 基于遗传算法的标定流程
4.4.3 角点检测设计
4.4.4 基于遗传算法的参数寻优
4.4.5 实验方法及结果
4.5 小结
第五章 城市环境的障碍物检测与识别
5.1 引言
5.2 障碍物检测和识别策略
5.3 基于vibe算法的前景检测
5.3.1 vibe算法介绍
5.3.2 实验比较及分析
5.4 基于SVM的障碍物识别
5.4.1 SVM算法简介
5.4.2 cifar-100数据集
5.4.3 基于SURF算法的特征检测
5.4.4 基于K-means算法的特征聚类
5.4.5 BOW词典构造
5.4.6 实验结果分析
5.5 小结
第六章 城市环境的QUAV避障
6.1 引言
6.2 避障策略研究
6.2.1 全局路径规划
6.2.2 局部避障设计
6.3 双目视觉研究
6.3.1 双目视觉原理
6.3.2 基于ORB算法的特征检测
6.3.3 特征匹配优化研究
6.3.4 实验结果分析
6.4 小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]鱼眼镜头初始结构的设计[J]. 吕丽军,吴学伟. 光学学报. 2017(02)
[2]四旋翼无人机在云南应急测绘保障中的应用[J]. 李超,柯尊杰,陈姣. 地矿测绘. 2015(03)
[3]微型四旋翼飞行侦察机器人控制系统设计[J]. 张静,霍建文,刘星,楚红雨,郑采薇. 测控技术. 2015(07)
[4]基于双经度模型的鱼眼图像畸变矫正方法[J]. 魏利胜,周圣文,张平改,孙驷洲. 仪器仪表学报. 2015(02)
[5]基于四轴飞行器的单目视觉避障算法[J]. 赵海,陈星池,王家亮,曾若凡. 光学精密工程. 2014(08)
[6]一种新型灾难救援四轴航拍飞行器设计[J]. 黄鹏宇,曾路荣,杨川,彭远行,余成波. 四川兵工学报. 2014(06)
[7]基于气动模型辅助的四旋翼飞行器室内自主导航方法[J]. 吕品,赖际舟,杨天雨,刘建业,朱斌,宋亦凡. 航空学报. 2015(04)
[8]基于栅格地图的分层式机器人路径规划算法[J]. 余翀,邱其文. 中国科学院大学学报. 2013(04)
[9]四旋翼无人机在输电线路巡视中的应用[J]. 赵晨,杜勇. 湖北电力. 2012(06)
[10]四旋翼无人直升机飞行控制技术综述[J]. 甄红涛,齐晓慧,夏明旗,赵红瑞. 飞行力学. 2012(04)
博士论文
[1]低成本微小型无人机惯性组合导航技术研究[D]. 孙罡.南京理工大学 2014
[2]多旋翼飞行器建模与飞行控制技术研究[D]. 杨成顺.南京航空航天大学 2013
[3]基于模态分割方法的小型无人直升机动力学频域辨识建模[D]. 王冠林.清华大学 2012
硕士论文
[1]基于鱼眼相机的全景环视系统关键技术研究[D]. 刘祥峰.电子科技大学 2016
[2]车载鱼眼相机自标定研究[D]. 石恬.西安电子科技大学 2015
[3]复杂环境下自主移动机器人路径规划方法的研究[D]. 周文卷.吉林大学 2014
[4]四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现[D]. 白志君.厦门大学 2014
[5]基于机理分析和频域辨识相结合的微小型无人直升机建模[D]. 王奇.国防科学技术大学 2012
[6]四旋翼直升机控制问题研究[D]. 李攀.哈尔滨工业大学 2008
[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
[8]无人机自主控制综述及自主着陆控制系统设计[D]. 陈海.西北工业大学 2007
[9]四旋翼直升机控制问题研究[D]. 王树刚.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3166257
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 无人机的定义与分类
1.1.2 QUAV的特点
1.1.3 城市环境特点
1.1.4 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 QUAV控制技术研究现状
1.2.2 QUAV避障研究现状
1.3 本文主要研究内容及结构
1.3.1 文章结构
1.3.2 本文主要内容
第二章 QUAV模型建立
2.1 引言
2.2 工作原理
2.3 非线性动力学模型建立
2.3.1 坐标系及转换矩阵
2.3.2 非线性建模
2.3.3 模型线性化
2.4 小结
第三章 QUAV鲁棒控制技术
3.1 引言
3.2 模型鲁棒性分析
3.2.1 不确定性概念
3.2.2 规范化左右互质分解
3.2.3 鲁棒稳定问题分析
3.3 基于H_∞回路成形的鲁棒控制器设计
3.3.1 H_∞回路成形法概念
3.3.2 H_∞回路成形法控制器设计步骤
3.3.3 补偿器设计
3.3.4 控制器降阶
3.4 控制仿真分析
3.5 小结
第四章 城市环境感知设备及其预处理
4.1 引言
4.2 鱼眼相机成像分析
4.2.1 鱼眼相机成像特点
4.2.2 鱼眼相机成像模型
4.3 图像畸变矫正
4.3.1 经纬矫正方法
4.3.2 双经度矫正法
4.3.3 基于等立体角投影模型的矫正方法
4.4 相机标定
4.4.1 opencv中的标定方法
4.4.2 基于遗传算法的标定流程
4.4.3 角点检测设计
4.4.4 基于遗传算法的参数寻优
4.4.5 实验方法及结果
4.5 小结
第五章 城市环境的障碍物检测与识别
5.1 引言
5.2 障碍物检测和识别策略
5.3 基于vibe算法的前景检测
5.3.1 vibe算法介绍
5.3.2 实验比较及分析
5.4 基于SVM的障碍物识别
5.4.1 SVM算法简介
5.4.2 cifar-100数据集
5.4.3 基于SURF算法的特征检测
5.4.4 基于K-means算法的特征聚类
5.4.5 BOW词典构造
5.4.6 实验结果分析
5.5 小结
第六章 城市环境的QUAV避障
6.1 引言
6.2 避障策略研究
6.2.1 全局路径规划
6.2.2 局部避障设计
6.3 双目视觉研究
6.3.1 双目视觉原理
6.3.2 基于ORB算法的特征检测
6.3.3 特征匹配优化研究
6.3.4 实验结果分析
6.4 小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]鱼眼镜头初始结构的设计[J]. 吕丽军,吴学伟. 光学学报. 2017(02)
[2]四旋翼无人机在云南应急测绘保障中的应用[J]. 李超,柯尊杰,陈姣. 地矿测绘. 2015(03)
[3]微型四旋翼飞行侦察机器人控制系统设计[J]. 张静,霍建文,刘星,楚红雨,郑采薇. 测控技术. 2015(07)
[4]基于双经度模型的鱼眼图像畸变矫正方法[J]. 魏利胜,周圣文,张平改,孙驷洲. 仪器仪表学报. 2015(02)
[5]基于四轴飞行器的单目视觉避障算法[J]. 赵海,陈星池,王家亮,曾若凡. 光学精密工程. 2014(08)
[6]一种新型灾难救援四轴航拍飞行器设计[J]. 黄鹏宇,曾路荣,杨川,彭远行,余成波. 四川兵工学报. 2014(06)
[7]基于气动模型辅助的四旋翼飞行器室内自主导航方法[J]. 吕品,赖际舟,杨天雨,刘建业,朱斌,宋亦凡. 航空学报. 2015(04)
[8]基于栅格地图的分层式机器人路径规划算法[J]. 余翀,邱其文. 中国科学院大学学报. 2013(04)
[9]四旋翼无人机在输电线路巡视中的应用[J]. 赵晨,杜勇. 湖北电力. 2012(06)
[10]四旋翼无人直升机飞行控制技术综述[J]. 甄红涛,齐晓慧,夏明旗,赵红瑞. 飞行力学. 2012(04)
博士论文
[1]低成本微小型无人机惯性组合导航技术研究[D]. 孙罡.南京理工大学 2014
[2]多旋翼飞行器建模与飞行控制技术研究[D]. 杨成顺.南京航空航天大学 2013
[3]基于模态分割方法的小型无人直升机动力学频域辨识建模[D]. 王冠林.清华大学 2012
硕士论文
[1]基于鱼眼相机的全景环视系统关键技术研究[D]. 刘祥峰.电子科技大学 2016
[2]车载鱼眼相机自标定研究[D]. 石恬.西安电子科技大学 2015
[3]复杂环境下自主移动机器人路径规划方法的研究[D]. 周文卷.吉林大学 2014
[4]四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现[D]. 白志君.厦门大学 2014
[5]基于机理分析和频域辨识相结合的微小型无人直升机建模[D]. 王奇.国防科学技术大学 2012
[6]四旋翼直升机控制问题研究[D]. 李攀.哈尔滨工业大学 2008
[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
[8]无人机自主控制综述及自主着陆控制系统设计[D]. 陈海.西北工业大学 2007
[9]四旋翼直升机控制问题研究[D]. 王树刚.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3166257
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