四旋翼飞行器目标跟踪控制方法的研究
发布时间：2021-07-30 02:58
四旋翼飞行器因结构简单、可垂直升降、易于维护、隐蔽性好、具有良好的负载能力等特点而得到越来越高的关注度,其广泛应用于农业、军事侦查、电力巡检、消防监控、快递运输、视频娱乐等诸多领域。随着四旋翼飞行器在实际中的应用越来越广泛,对其控制的精度和广度有了越来越高的要求。本文以QBall2四旋翼飞行器为研究对象,对四旋翼飞行器的控制方法及运动目标跟踪进行相关研究。主要进行的工作如下:首先,对四旋翼飞行器及其控制技术的国内外研究现状进行综述,介绍了四旋翼飞行器的主要组成,并对其飞行原理进行分析,建立其数学模型,设计了双闭环控制策略,介绍了QBall2所需的Quanser实验平台。其次,对四旋翼飞行器几种常用控制方法进行介绍,分析所介绍控制方法优缺点。控制器设计采用双闭环方式。出于安全考虑,对内环回路提出了有界控制器的设计方法;针对四旋翼飞行器容易受到外界干扰影响的特点,提出了基于Super-twisting算法的观测器设计。仿真结果验证了本文选用控制方法的有效性及较好的控制性能。再次,结合运动目标跟踪策略,把所设计的控制算法应用到四旋翼飞行器运动目标跟踪系统。运用传感器融合技术和网络传输技术对其...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定翼无人机
天津工业大学硕士学位论文2动系统，控制难度较高，负载能力一般。其中民用四旋翼无人机制造的佼佼者是大疆，如图2所示为大疆悟Inspire2和御Mavic2，这两种小型机搭载云台，主要用于消费型航拍和专业航拍。图1-2旋翼型无人机Fig.1-2RotorwingUAV（3）扑翼无人机是一种模拟鸟类或者昆虫飞行的无人机，其机翼灵活多变，具有一些混合构型或可变构型，其具有体积孝重量轻、功能强、携带方便的优点，但其运动机理复杂。目前，美国加州理工学院仿效蝙蝠已经研发了配备变形机翼的BatBot无人机，如图3左图所示。图3右图是2010年的珠海航展上的一架国内公司的产品，ASN21。扑翼型无人机由于扑翼的材料技术、发动机技术、能源技术的限制，发展还较少。图1-3扑翼型无人机Fig.1-3FlappingwingUAV无人机技术已经取得了很大进步，也有很多的里程式成就，但还不能满足具体任务的多种多样的需求。尤其是在自动驾驶技术、人机接口效果改进、感知和规避技术、飞行持续时间延长技术等方面，仍需要加大力度发展，以支持无人机技术的长足发展[5]。本文主要研究的是四旋翼飞行器，英文名称为Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飞行器拥有四个旋翼，其结构对称、紧凑且简单，成本比较低廉，可控性较强，控制难度相比多旋翼无人机来说较低。目前，四旋翼飞行器在消费市场上已经相当常见，其控制算法也已被大量提出，但在实际运用中其系统设计还涉及一些难题：（1）精确建模困难：四旋翼飞行器在设计过程中，其结构不是完全符合刚
天津工业大学硕士学位论文2动系统，控制难度较高，负载能力一般。其中民用四旋翼无人机制造的佼佼者是大疆，如图2所示为大疆悟Inspire2和御Mavic2，这两种小型机搭载云台，主要用于消费型航拍和专业航拍。图1-2旋翼型无人机Fig.1-2RotorwingUAV（3）扑翼无人机是一种模拟鸟类或者昆虫飞行的无人机，其机翼灵活多变，具有一些混合构型或可变构型，其具有体积孝重量轻、功能强、携带方便的优点，但其运动机理复杂。目前，美国加州理工学院仿效蝙蝠已经研发了配备变形机翼的BatBot无人机，如图3左图所示。图3右图是2010年的珠海航展上的一架国内公司的产品，ASN21。扑翼型无人机由于扑翼的材料技术、发动机技术、能源技术的限制，发展还较少。图1-3扑翼型无人机Fig.1-3FlappingwingUAV无人机技术已经取得了很大进步，也有很多的里程式成就，但还不能满足具体任务的多种多样的需求。尤其是在自动驾驶技术、人机接口效果改进、感知和规避技术、飞行持续时间延长技术等方面，仍需要加大力度发展，以支持无人机技术的长足发展[5]。本文主要研究的是四旋翼飞行器，英文名称为Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飞行器拥有四个旋翼，其结构对称、紧凑且简单，成本比较低廉，可控性较强，控制难度相比多旋翼无人机来说较低。目前，四旋翼飞行器在消费市场上已经相当常见，其控制算法也已被大量提出，但在实际运用中其系统设计还涉及一些难题：（1）精确建模困难：四旋翼飞行器在设计过程中，其结构不是完全符合刚
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统[J]. 车玉涵,刘富,康冰. 吉林大学学报(信息科学版). 2019(03)
[2]基于风场作用下的四旋翼飞行器建模与控制研究[J]. 郑航,陈滨,方景龙. 工业控制计算机. 2019(03)
[3]四旋翼飞行器有界输出控制[J]. 师五喜,李康利. 天津工业大学学报. 2019(01)
[4]一种改进的四旋翼飞行器建模方法[J]. 刘士超,吕品,赖际舟,包胜. 导航与控制. 2019(01)
[5]四旋翼无人机控制系统设计与实现[J]. 杨则允,李猛,张全. 科技创新与应用. 2018(34)
[6]基于四旋翼飞行器的地面目标跟踪系统设计[J]. 宋兴可,杨思恩,唐钊,千承辉. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(10)
[7]风场环境下四旋翼飞行器抗干扰研究[J]. 赵元魁,王耀力. 机械科学与技术. 2019(04)
[8]基于扩张观测器的输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制[J]. 沈智鹏,曹晓明. 系统工程与电子技术. 2018(12)
[9]基于多体系统传递矩阵法的四旋翼飞行器振动建模[J]. 范肖肖,贺嘉璠,戚国庆,李银伢,盛安冬. 电子设计工程. 2018(16)
[10]多传感器信息融合的四旋翼姿态解算研究[J]. 王焱春,张新英,梁芬. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(08)
硕士论文
[1]基于分数阶PID的四旋翼飞行器控制[D]. 张腾云.天津工业大学 2019
本文编号：3310549
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定翼无人机
天津工业大学硕士学位论文2动系统，控制难度较高，负载能力一般。其中民用四旋翼无人机制造的佼佼者是大疆，如图2所示为大疆悟Inspire2和御Mavic2，这两种小型机搭载云台，主要用于消费型航拍和专业航拍。图1-2旋翼型无人机Fig.1-2RotorwingUAV（3）扑翼无人机是一种模拟鸟类或者昆虫飞行的无人机，其机翼灵活多变，具有一些混合构型或可变构型，其具有体积孝重量轻、功能强、携带方便的优点，但其运动机理复杂。目前，美国加州理工学院仿效蝙蝠已经研发了配备变形机翼的BatBot无人机，如图3左图所示。图3右图是2010年的珠海航展上的一架国内公司的产品，ASN21。扑翼型无人机由于扑翼的材料技术、发动机技术、能源技术的限制，发展还较少。图1-3扑翼型无人机Fig.1-3FlappingwingUAV无人机技术已经取得了很大进步，也有很多的里程式成就，但还不能满足具体任务的多种多样的需求。尤其是在自动驾驶技术、人机接口效果改进、感知和规避技术、飞行持续时间延长技术等方面，仍需要加大力度发展，以支持无人机技术的长足发展[5]。本文主要研究的是四旋翼飞行器，英文名称为Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飞行器拥有四个旋翼，其结构对称、紧凑且简单，成本比较低廉，可控性较强，控制难度相比多旋翼无人机来说较低。目前，四旋翼飞行器在消费市场上已经相当常见，其控制算法也已被大量提出，但在实际运用中其系统设计还涉及一些难题：（1）精确建模困难：四旋翼飞行器在设计过程中，其结构不是完全符合刚
天津工业大学硕士学位论文2动系统，控制难度较高，负载能力一般。其中民用四旋翼无人机制造的佼佼者是大疆，如图2所示为大疆悟Inspire2和御Mavic2，这两种小型机搭载云台，主要用于消费型航拍和专业航拍。图1-2旋翼型无人机Fig.1-2RotorwingUAV（3）扑翼无人机是一种模拟鸟类或者昆虫飞行的无人机，其机翼灵活多变，具有一些混合构型或可变构型，其具有体积孝重量轻、功能强、携带方便的优点，但其运动机理复杂。目前，美国加州理工学院仿效蝙蝠已经研发了配备变形机翼的BatBot无人机，如图3左图所示。图3右图是2010年的珠海航展上的一架国内公司的产品，ASN21。扑翼型无人机由于扑翼的材料技术、发动机技术、能源技术的限制，发展还较少。图1-3扑翼型无人机Fig.1-3FlappingwingUAV无人机技术已经取得了很大进步，也有很多的里程式成就，但还不能满足具体任务的多种多样的需求。尤其是在自动驾驶技术、人机接口效果改进、感知和规避技术、飞行持续时间延长技术等方面，仍需要加大力度发展，以支持无人机技术的长足发展[5]。本文主要研究的是四旋翼飞行器，英文名称为Quad-rotor、Four-rotor、X4-fiyer等[6]。四旋翼飞行器拥有四个旋翼，其结构对称、紧凑且简单，成本比较低廉，可控性较强，控制难度相比多旋翼无人机来说较低。目前，四旋翼飞行器在消费市场上已经相当常见，其控制算法也已被大量提出，但在实际运用中其系统设计还涉及一些难题：（1）精确建模困难：四旋翼飞行器在设计过程中，其结构不是完全符合刚
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统[J]. 车玉涵,刘富,康冰. 吉林大学学报(信息科学版). 2019(03)
[2]基于风场作用下的四旋翼飞行器建模与控制研究[J]. 郑航,陈滨,方景龙. 工业控制计算机. 2019(03)
[3]四旋翼飞行器有界输出控制[J]. 师五喜,李康利. 天津工业大学学报. 2019(01)
[4]一种改进的四旋翼飞行器建模方法[J]. 刘士超,吕品,赖际舟,包胜. 导航与控制. 2019(01)
[5]四旋翼无人机控制系统设计与实现[J]. 杨则允,李猛,张全. 科技创新与应用. 2018(34)
[6]基于四旋翼飞行器的地面目标跟踪系统设计[J]. 宋兴可,杨思恩,唐钊,千承辉. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(10)
[7]风场环境下四旋翼飞行器抗干扰研究[J]. 赵元魁,王耀力. 机械科学与技术. 2019(04)
[8]基于扩张观测器的输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制[J]. 沈智鹏,曹晓明. 系统工程与电子技术. 2018(12)
[9]基于多体系统传递矩阵法的四旋翼飞行器振动建模[J]. 范肖肖,贺嘉璠,戚国庆,李银伢,盛安冬. 电子设计工程. 2018(16)
[10]多传感器信息融合的四旋翼姿态解算研究[J]. 王焱春,张新英,梁芬. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(08)
硕士论文
[1]基于分数阶PID的四旋翼飞行器控制[D]. 张腾云.天津工业大学 2019
本文编号：3310549
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