基于数据驱动的四旋翼无人机故障诊断与容错控制
发布时间：2021-08-02 20:51
随着研究者们针对四旋翼无人机在控制性能与容错能力方面的研究不断深入,使得其应用技术水平也得到了提升,功能愈加多样化,操控性也越来越好。在此背景下,四旋翼无人机在军事、农业以及影视拍摄等领域的应用也更加广泛。由于四旋翼无人机是一种欠驱动、强耦合、非线性的系统,因此对控制系统的稳定性就提出了更高的要求。且由于四旋翼无人机有机体结构复杂,材料轻质的特点,因为零部件负担过重导致的故障情形也引起了众多学者的关注。四旋翼无人机的执行器担当的工作任务尤为繁重,由于高强度的使用,因此也更容易发生故障。当执行器发生故障后若无法进行有效的容错控制,将会造成飞行任务无法完成、机体受损甚至是对生命财产损失的严重后果。因此本文针对执行器发生部分失效故障的问题设计容错控制器,以期使四旋翼无人机在发生执行器故障后仍能保持正常飞行或性能损失在可接受范围内。基于以上问题本课题做了如下研究:首先,介绍了四旋翼无人机的飞行原理以及各个飞行动作下的执行器运行机制;建立了四旋翼无人机的机体坐标系与地面坐标系,以及两个坐标系之间的转换方式。根据了四旋翼无人机的与动力学原理,建立了系统角运动的非线性模型以及线运动非线性模型,在此基...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BZK005C军用无人机随着材料、电子以及计算机技术等领域的发展，旋翼无人机的技术水平也迅速提高
基于数据驱动的四旋翼无人机故障诊断与容错控制2所示为植保无人机，图1.3为摄影无人机。图1.2植保无人机图1.3摄影无人机图由于四旋翼无人机的广泛应用，越来越多的专家学者投入到四旋翼无人机的研究中来，这促使四旋翼无人机的研究水平有了更大进步。四旋翼无人机依靠四个十字形分布的旋翼来提供升力，通过控制旋翼的转速来完成升降、翻滚、俯仰等动作。由于两组旋翼的转动方向相反、因此可以产生反扭力矩来避免机身旋转。四旋翼无人机是一个强耦合、欠驱动的系统又因其执行机构众多，因此稳定性就成为了学者们的研究重点[5-7]。随着四旋翼无人机研究技术的发展，其执行结构也愈加复杂，在频繁地执行任务的过程中，难免会有各种各样的执行器故障发生，这会严重影响四旋翼无人机的飞行性能，造成财产损失甚至人员伤亡。由于上述原因，对四旋翼无人机的故障诊断与容错控制的研究就显得尤为必要。进十年来针对四旋翼无人机执行器的故障诊断研究持续发展，四旋翼无人机的大部分故障原因在于长期高强度运转造成结构上的损伤从而损失升力。如果四旋翼无人机设计容错控制系统，可以使得四旋翼无人机在故障发生后，通过容错控制对故障的处理，仍能够维持性能的损失在可接受的范围内，从而避免造成更大的生命财产损失。通过对四旋翼无人机不同类型故障如执行器故障，传感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼无
基于数据驱动的四旋翼无人机故障诊断与容错控制2所示为植保无人机，图1.3为摄影无人机。图1.2植保无人机图1.3摄影无人机图由于四旋翼无人机的广泛应用，越来越多的专家学者投入到四旋翼无人机的研究中来，这促使四旋翼无人机的研究水平有了更大进步。四旋翼无人机依靠四个十字形分布的旋翼来提供升力，通过控制旋翼的转速来完成升降、翻滚、俯仰等动作。由于两组旋翼的转动方向相反、因此可以产生反扭力矩来避免机身旋转。四旋翼无人机是一个强耦合、欠驱动的系统又因其执行机构众多，因此稳定性就成为了学者们的研究重点[5-7]。随着四旋翼无人机研究技术的发展，其执行结构也愈加复杂，在频繁地执行任务的过程中，难免会有各种各样的执行器故障发生，这会严重影响四旋翼无人机的飞行性能，造成财产损失甚至人员伤亡。由于上述原因，对四旋翼无人机的故障诊断与容错控制的研究就显得尤为必要。进十年来针对四旋翼无人机执行器的故障诊断研究持续发展，四旋翼无人机的大部分故障原因在于长期高强度运转造成结构上的损伤从而损失升力。如果四旋翼无人机设计容错控制系统，可以使得四旋翼无人机在故障发生后，通过容错控制对故障的处理，仍能够维持性能的损失在可接受的范围内，从而避免造成更大的生命财产损失。通过对四旋翼无人机不同类型故障如执行器故障，传感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼无
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于内外环结构的四旋翼飞行器容错控制方法[J]. 郑佳静,李平. 中南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]四旋翼飞行器模型参考自适应容错控制[J]. 梁雪慧,党媛媛,赵嘉祺. 电光与控制. 2018(07)
[3]基于LMI的一体化鲁棒主动容错控制器设计[J]. 刘聪,钱坤,李颖晖,丁奇. 控制与决策. 2018(01)
[4]基于增益调度PID的四旋翼无人机主动容错控制[J]. 蒋银行,刘剑慰,杨蒲,谢晓龙. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]基于多模型的无人机故障诊断与容错控制方法[J]. 李炜,崔佳佳. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[6]四旋翼无人系统的容错控制算法设计与实现（英文）[J]. 张友民,余翔,王斑,刘丁. 控制工程. 2016(12)
[7]STM32的四旋翼无人机故障诊断仿真研究[J]. 刘强,孙运强,鲁旭涛. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(11)
[8]四旋翼无人机的多模型故障诊断[J]. 徐雪松. 计算机工程与应用. 2016(21)
[9]不确定性多时滞线性系统鲁棒容错H∞控制[J]. 刘春芳. 黑龙江大学自然科学学报. 2016(03)
[10]基于数据驱动的微小故障诊断方法综述[J]. 文成林,吕菲亚,包哲静,刘妹琴. 自动化学报. 2016(09)
博士论文
[1]舞台多电机同步控制系统传感器故障主动容错方法研究[D]. 毛海杰.兰州理工大学 2018
[2]非线性系统故障可诊断性评价及诊断方法研究[D]. 蒋栋年.兰州理工大学 2018
[3]不确定非线性系统的容错与事件触发控制方法研究[D]. 李元新.东北大学 2017
[4]基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究[D]. 赵志宏.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]四旋翼无人机飞行控制系统的状态估计问题研究[D]. 李峰.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于等价空间法的故障诊断及其应用[D]. 刘昕洋.哈尔滨工业大学 2019
[3]四旋翼无人机自抗扰容错控制研究[D]. 刘栩粼.西南科技大学 2019
[4]四旋翼无人机室内定位与控制技术研究[D]. 胡鲲.南京航空航天大学 2019
[5]基于视觉的四旋翼飞行器地面目标跟踪技术[D]. 李轶锟.南京航空航天大学 2019
[6]多旋翼无人机的自主避障、目标跟踪及自主导航定位研究[D]. 袁瑞廷.南京航空航天大学 2019
[7]执行器故障下的四旋翼无人机容错控制方法研究[D]. 陈胜强.长春工业大学 2018
[8]四旋翼无人机控制系统的设计与实现[D]. 亓岳鑫.哈尔滨工业大学 2018
[9]小型无人机飞控系统设计[D]. 朱锐.哈尔滨工业大学 2018
[10]四旋翼无人机轨迹跟踪与避障控制研究[D]. 韦意豪.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3318254
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BZK005C军用无人机随着材料、电子以及计算机技术等领域的发展，旋翼无人机的技术水平也迅速提高
基于数据驱动的四旋翼无人机故障诊断与容错控制2所示为植保无人机，图1.3为摄影无人机。图1.2植保无人机图1.3摄影无人机图由于四旋翼无人机的广泛应用，越来越多的专家学者投入到四旋翼无人机的研究中来，这促使四旋翼无人机的研究水平有了更大进步。四旋翼无人机依靠四个十字形分布的旋翼来提供升力，通过控制旋翼的转速来完成升降、翻滚、俯仰等动作。由于两组旋翼的转动方向相反、因此可以产生反扭力矩来避免机身旋转。四旋翼无人机是一个强耦合、欠驱动的系统又因其执行机构众多，因此稳定性就成为了学者们的研究重点[5-7]。随着四旋翼无人机研究技术的发展，其执行结构也愈加复杂，在频繁地执行任务的过程中，难免会有各种各样的执行器故障发生，这会严重影响四旋翼无人机的飞行性能，造成财产损失甚至人员伤亡。由于上述原因，对四旋翼无人机的故障诊断与容错控制的研究就显得尤为必要。进十年来针对四旋翼无人机执行器的故障诊断研究持续发展，四旋翼无人机的大部分故障原因在于长期高强度运转造成结构上的损伤从而损失升力。如果四旋翼无人机设计容错控制系统，可以使得四旋翼无人机在故障发生后，通过容错控制对故障的处理，仍能够维持性能的损失在可接受的范围内，从而避免造成更大的生命财产损失。通过对四旋翼无人机不同类型故障如执行器故障，传感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼无
基于数据驱动的四旋翼无人机故障诊断与容错控制2所示为植保无人机，图1.3为摄影无人机。图1.2植保无人机图1.3摄影无人机图由于四旋翼无人机的广泛应用，越来越多的专家学者投入到四旋翼无人机的研究中来，这促使四旋翼无人机的研究水平有了更大进步。四旋翼无人机依靠四个十字形分布的旋翼来提供升力，通过控制旋翼的转速来完成升降、翻滚、俯仰等动作。由于两组旋翼的转动方向相反、因此可以产生反扭力矩来避免机身旋转。四旋翼无人机是一个强耦合、欠驱动的系统又因其执行机构众多，因此稳定性就成为了学者们的研究重点[5-7]。随着四旋翼无人机研究技术的发展，其执行结构也愈加复杂，在频繁地执行任务的过程中，难免会有各种各样的执行器故障发生，这会严重影响四旋翼无人机的飞行性能，造成财产损失甚至人员伤亡。由于上述原因，对四旋翼无人机的故障诊断与容错控制的研究就显得尤为必要。进十年来针对四旋翼无人机执行器的故障诊断研究持续发展，四旋翼无人机的大部分故障原因在于长期高强度运转造成结构上的损伤从而损失升力。如果四旋翼无人机设计容错控制系统，可以使得四旋翼无人机在故障发生后，通过容错控制对故障的处理，仍能够维持性能的损失在可接受的范围内，从而避免造成更大的生命财产损失。通过对四旋翼无人机不同类型故障如执行器故障，传感器故障以及控制器故障的研究，使得四旋翼无
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于内外环结构的四旋翼飞行器容错控制方法[J]. 郑佳静,李平. 中南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]四旋翼飞行器模型参考自适应容错控制[J]. 梁雪慧,党媛媛,赵嘉祺. 电光与控制. 2018(07)
[3]基于LMI的一体化鲁棒主动容错控制器设计[J]. 刘聪,钱坤,李颖晖,丁奇. 控制与决策. 2018(01)
[4]基于增益调度PID的四旋翼无人机主动容错控制[J]. 蒋银行,刘剑慰,杨蒲,谢晓龙. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]基于多模型的无人机故障诊断与容错控制方法[J]. 李炜,崔佳佳. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[6]四旋翼无人系统的容错控制算法设计与实现（英文）[J]. 张友民,余翔,王斑,刘丁. 控制工程. 2016(12)
[7]STM32的四旋翼无人机故障诊断仿真研究[J]. 刘强,孙运强,鲁旭涛. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(11)
[8]四旋翼无人机的多模型故障诊断[J]. 徐雪松. 计算机工程与应用. 2016(21)
[9]不确定性多时滞线性系统鲁棒容错H∞控制[J]. 刘春芳. 黑龙江大学自然科学学报. 2016(03)
[10]基于数据驱动的微小故障诊断方法综述[J]. 文成林,吕菲亚,包哲静,刘妹琴. 自动化学报. 2016(09)
博士论文
[1]舞台多电机同步控制系统传感器故障主动容错方法研究[D]. 毛海杰.兰州理工大学 2018
[2]非线性系统故障可诊断性评价及诊断方法研究[D]. 蒋栋年.兰州理工大学 2018
[3]不确定非线性系统的容错与事件触发控制方法研究[D]. 李元新.东北大学 2017
[4]基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究[D]. 赵志宏.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]四旋翼无人机飞行控制系统的状态估计问题研究[D]. 李峰.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于等价空间法的故障诊断及其应用[D]. 刘昕洋.哈尔滨工业大学 2019
[3]四旋翼无人机自抗扰容错控制研究[D]. 刘栩粼.西南科技大学 2019
[4]四旋翼无人机室内定位与控制技术研究[D]. 胡鲲.南京航空航天大学 2019
[5]基于视觉的四旋翼飞行器地面目标跟踪技术[D]. 李轶锟.南京航空航天大学 2019
[6]多旋翼无人机的自主避障、目标跟踪及自主导航定位研究[D]. 袁瑞廷.南京航空航天大学 2019
[7]执行器故障下的四旋翼无人机容错控制方法研究[D]. 陈胜强.长春工业大学 2018
[8]四旋翼无人机控制系统的设计与实现[D]. 亓岳鑫.哈尔滨工业大学 2018
[9]小型无人机飞控系统设计[D]. 朱锐.哈尔滨工业大学 2018
[10]四旋翼无人机轨迹跟踪与避障控制研究[D]. 韦意豪.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3318254
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