Qball-X4四旋翼无人机的飞行控制算法研究
发布时间：2021-05-16 21:23
随着科技发展,四旋翼无人机凭借体积小、成本低和轻便灵活等特点,无论在军用还是民用领域都发挥重要作用。其中四旋翼无人机飞行控制稳定性是一个核心的问题,具有很重要的研究意义。论文分析了四旋翼无人机的国内外研究现状和飞行控制算法研究现状,建立了Qball-X4四旋翼无人机的数学模型,分别运用LQR控制、H∞控制、H2控制设计了控制器进行了仿真分析。针对Qball-X4四旋翼无人机不确定性系统设计了鲁棒H∞控制器和鲁棒H2控制器,通过仿真进行了分析和验证。主要研究内容包括:首先通过分析四旋翼无人机的机体结构、飞行工作原理以及坐标系的转换,利用牛顿-欧拉方程建立了Qball-X4四旋翼无人机的非线性数学模型。其次对非线性数学模型进行了线性化处理,设计了LQR控制器、状态反馈H∞控制器和状态反馈H2控制器,使用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,分别在无干扰、有界干扰及白噪声干扰三种情况下进行仿真分析。最后针对Qball-X4四旋翼无人机不确定性系统设计了...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 论文来源
1.2 研究背景及意义
1.3 四旋翼无人机的国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 四旋翼无人机飞行控制算法研究现状
1.5 本文主要研究内容及安排
2.Qball-X4 四旋翼无人机数学模型的建立
2.1 四旋翼无人机机体结构与工作原理
2.1.1 四旋翼无人机机体结构
2.1.2 四旋翼无人机工作原理
2.2 坐标系及坐标转换
2.3 Qball-X4 四旋翼无人机非线性数学模型
2.4 本章小结
3.Qball-X4 四旋翼无人机LQR控制器设计及仿真
3.1 线性二次型最优控制原理
3.2 四旋翼无人机LQR控制器的设计
3.2.1 四旋翼无人机模型的简化
3.2.2 四旋翼无人机模型的线性化处理
3.2.3 四旋翼无人机线性化模型的能控性判定
3.2.4 四旋翼无人机LQR控制器
3.3 仿真分析
3.3.1 高度和姿态角仿真实验
3.3.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
3.3.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
3.4 本章小结
4.Qball-X4 四旋翼无人机H_∞控制器的设计及仿真
4.1 线性矩阵不等式(LMI)
4.2 H_∞控制理论基础
4.2.1 H_∞鲁棒控制
4.2.2 标准H_∞控制问题
4.2.3 连续时间系统的H_∞性能指标
4.2.4 状态反馈H_∞控制问题
4.3 四旋翼无人机状态反馈H_∞控制器
4.4 仿真分析
4.4.1 高度和姿态角仿真实验
4.4.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
4.4.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
4.5 本章小结
5.Qball-X4 四旋翼无人机H_2 控制器的设计及仿真
5.1 H_2 控制理论基础
5.1.1 连续时间系统的H_2 性能指标
5.1.2 状态反馈H_2 控制问题
5.2 四旋翼无人机状态反馈H_2 控制器
5.3 仿真分析
5.3.1 高度和姿态角仿真实验
5.3.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
5.3.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
5.4 本章小结
6.Qball-X4 四旋翼无人机不确定性系统鲁棒控制
6.1 不确定性系统分析
6.1.1 不确定性系统模型
6.1.2 四旋翼无人机不确定性系统
6.2 四旋翼无人机不确定性系统的鲁棒H_∞控制器
6.3 四旋翼无人机不确定性系统的鲁棒H_2 控制器
6.4 仿真分析
6.4.1 高度和姿态角仿真实验
6.4.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
6.4.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
6.5 本章小结
7.结论与展望
7.1 论文内容总结
7.2 论文后续工作和展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多旋翼无人机在应急救援行动中的运用[J]. 张玉兴,李炜. 技术与市场. 2019(10)
[2]四旋翼无人机飞控算法综述[J]. 周子栋,陈至坤,赵志佳. 网络安全技术与应用. 2019(09)
[3]四旋翼无人机飞行控制算法综述[J]. 王成,杨杰,姚辉,席建祥. 电光与控制. 2018(12)
[4]四旋翼无人机飞行控制算法综述[J]. 徐校竹,李博威,邹沛萱. 电子测试. 2018(16)
[5]无人机关键技术研究现状分析[J]. 杜延民. 技术与市场. 2018(03)
[6]基于UTM-30LX的旋翼无人机定位检测系统设计[J]. 陈显龙,王小康,刘盼盼. 地理信息世界. 2016(03)
[7]Stability of nonlinearly-perturbed systems with time varying delay using LMIs[J]. S.Jeeva Sathya Theesar,P.Balasubramaniam. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(06)
[8]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)
[9]四旋翼飞行器建模及位置跟踪控制(英文)[J]. 王红雨,赵健康,郁文贤,田蔚风. 中国惯性技术学报. 2012(04)
[10]四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J]. 李俊,李运堂. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(01)
硕士论文
[1]四旋翼飞行器姿态控制算法研究[D]. 刘苏漫.长春理工大学 2018
[2]四旋翼无人机控制器的设计及其稳定性研究[D]. 程素平.江西理工大学 2018
[3]小型四旋翼无人机飞行控制算法研究[D]. 余杭.武汉科技大学 2018
[4]四旋翼飞行器飞行控制算法与仿真研究[D]. 何海军.太原科技大学 2018
[5]四旋翼飞行器姿态控制方法研究[D]. 曹开发.长春工业大学 2017
[6]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
[7]基于H2/H∞控制的双馈风电系统研究[D]. 郭嘉.齐齐哈尔大学 2016
[8]四旋翼无人机建模与控制问题研究[D]. 刘昌龙.湖北工业大学 2016
[9]四旋翼无人机姿态控制的研究[D]. 薛伟霖.沈阳工业大学 2016
[10]四旋翼无人飞行器鲁棒控制器设计[D]. 贺翔.天津工业大学 2016
本文编号：3190419
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 论文来源
1.2 研究背景及意义
1.3 四旋翼无人机的国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 四旋翼无人机飞行控制算法研究现状
1.5 本文主要研究内容及安排
2.Qball-X4 四旋翼无人机数学模型的建立
2.1 四旋翼无人机机体结构与工作原理
2.1.1 四旋翼无人机机体结构
2.1.2 四旋翼无人机工作原理
2.2 坐标系及坐标转换
2.3 Qball-X4 四旋翼无人机非线性数学模型
2.4 本章小结
3.Qball-X4 四旋翼无人机LQR控制器设计及仿真
3.1 线性二次型最优控制原理
3.2 四旋翼无人机LQR控制器的设计
3.2.1 四旋翼无人机模型的简化
3.2.2 四旋翼无人机模型的线性化处理
3.2.3 四旋翼无人机线性化模型的能控性判定
3.2.4 四旋翼无人机LQR控制器
3.3 仿真分析
3.3.1 高度和姿态角仿真实验
3.3.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
3.3.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
3.4 本章小结
4.Qball-X4 四旋翼无人机H_∞控制器的设计及仿真
4.1 线性矩阵不等式(LMI)
4.2 H_∞控制理论基础
4.2.1 H_∞鲁棒控制
4.2.2 标准H_∞控制问题
4.2.3 连续时间系统的H_∞性能指标
4.2.4 状态反馈H_∞控制问题
4.3 四旋翼无人机状态反馈H_∞控制器
4.4 仿真分析
4.4.1 高度和姿态角仿真实验
4.4.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
4.4.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
4.5 本章小结
5.Qball-X4 四旋翼无人机H_2 控制器的设计及仿真
5.1 H_2 控制理论基础
5.1.1 连续时间系统的H_2 性能指标
5.1.2 状态反馈H_2 控制问题
5.2 四旋翼无人机状态反馈H_2 控制器
5.3 仿真分析
5.3.1 高度和姿态角仿真实验
5.3.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
5.3.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
5.4 本章小结
6.Qball-X4 四旋翼无人机不确定性系统鲁棒控制
6.1 不确定性系统分析
6.1.1 不确定性系统模型
6.1.2 四旋翼无人机不确定性系统
6.2 四旋翼无人机不确定性系统的鲁棒H_∞控制器
6.3 四旋翼无人机不确定性系统的鲁棒H_2 控制器
6.4 仿真分析
6.4.1 高度和姿态角仿真实验
6.4.2 有界干扰的鲁棒性仿真实验
6.4.3 白噪声干扰的鲁棒性仿真实验
6.5 本章小结
7.结论与展望
7.1 论文内容总结
7.2 论文后续工作和展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多旋翼无人机在应急救援行动中的运用[J]. 张玉兴,李炜. 技术与市场. 2019(10)
[2]四旋翼无人机飞控算法综述[J]. 周子栋,陈至坤,赵志佳. 网络安全技术与应用. 2019(09)
[3]四旋翼无人机飞行控制算法综述[J]. 王成,杨杰,姚辉,席建祥. 电光与控制. 2018(12)
[4]四旋翼无人机飞行控制算法综述[J]. 徐校竹,李博威,邹沛萱. 电子测试. 2018(16)
[5]无人机关键技术研究现状分析[J]. 杜延民. 技术与市场. 2018(03)
[6]基于UTM-30LX的旋翼无人机定位检测系统设计[J]. 陈显龙,王小康,刘盼盼. 地理信息世界. 2016(03)
[7]Stability of nonlinearly-perturbed systems with time varying delay using LMIs[J]. S.Jeeva Sathya Theesar,P.Balasubramaniam. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2013(06)
[8]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)
[9]四旋翼飞行器建模及位置跟踪控制(英文)[J]. 王红雨,赵健康,郁文贤,田蔚风. 中国惯性技术学报. 2012(04)
[10]四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J]. 李俊,李运堂. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(01)
硕士论文
[1]四旋翼飞行器姿态控制算法研究[D]. 刘苏漫.长春理工大学 2018
[2]四旋翼无人机控制器的设计及其稳定性研究[D]. 程素平.江西理工大学 2018
[3]小型四旋翼无人机飞行控制算法研究[D]. 余杭.武汉科技大学 2018
[4]四旋翼飞行器飞行控制算法与仿真研究[D]. 何海军.太原科技大学 2018
[5]四旋翼飞行器姿态控制方法研究[D]. 曹开发.长春工业大学 2017
[6]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
[7]基于H2/H∞控制的双馈风电系统研究[D]. 郭嘉.齐齐哈尔大学 2016
[8]四旋翼无人机建模与控制问题研究[D]. 刘昌龙.湖北工业大学 2016
[9]四旋翼无人机姿态控制的研究[D]. 薛伟霖.沈阳工业大学 2016
[10]四旋翼无人飞行器鲁棒控制器设计[D]. 贺翔.天津工业大学 2016
本文编号：3190419
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3190419.html
