六旋翼飞行器容错控制策略研究
发布时间：2021-08-27 16:09
由于无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）具有体积小和灵活性高的特点,无人机的出镜率在人们的生活中越来越高。六旋翼飞行器是旋翼飞行器典型的代表之一,相较于四旋翼具有更好地稳定性和负载能力。随着旋翼飞行器的广泛应用,无人机在工作中的故障问题也越来越突出。对此人们对无人机的可靠性和稳定性提出了更高的要求,众多的学者也针对无人机的容错控制策略展开了逐步深入的研究。本文是以六旋翼飞行器为研究对象,主要讨论当六旋翼飞行器的执行器发生故障时采用滑模观测器和切换系统容错控制结合的方法的有效性。首先,深入讲解了研究飞行器系统的重要意义,对旋翼飞行器的国内外研究现状进行了总结,并对故障诊断和容错技术进行了简单的概述。随后根据六旋翼飞行器的硬件结构和飞行原理,结合牛顿欧拉定律建立六旋翼飞行器的姿态角方程和位置耦合方程,并进行一定的简化。接着针对执行器故障后的模型进行了数学描述。其次,将六旋翼飞行器工作状态划分为3类,即常态下的工作状态、执行器发生部分效率损失后的工作状态和执行器发生单翼损坏故障情况下的工作状态。设计了适用于六旋翼飞行器系统的滑模观测器,采用滑模观测器对故障信息进行...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六旋翼飞行器
进行了试飞，但不尽人意只飞行了1.5m便落地了。在20世纪20年代，法国éOehmichen设计出自己的多旋翼飞行器，实现了14分钟的飞行[3]。紧接着同时期美国人GBothezat制造出名为“飞行章鱼”的四旋翼飞行器，实现了载客飞行的新里程，但飞行高度只有5m，如图1.2所示。20世纪50年代，美国陆军测试了多种垂直起降的方式，结合多家公司设计了“飞行吉普”，以杠杆燃气涡轮机为动力，在1959~1960年间达到了稳定飞行状态，但是却由于高度和速度达不到作战要求，未曾服役[4]。自此以后旋翼飞行器的发展停滞不前维持了三十多年。图1.2“飞行章鱼”旋翼飞行器20世纪90年代，旋翼飞行器以玩具的角色重新出现在了历史的舞台，当时微机电系统惯性导航系统开始应用，这使得旋翼飞行器能够稳定的飞行[5]。KeyenceGryoSaucerIIE-570横空闯入日本市场，同时期由电池供电的四旋翼也相继出世。自2004年美国的Spectrolutions公司推出Dragonflyer系列多旋翼无人机才让旋翼飞行器真正意义上的实现了商用飞行[6]。2006年，德国的MicrodronesGmbH推出了MD4-200四旋翼和Mikrokopter飞控，实现了旋翼像“空中钉子”一样悬停在空中。2010
兰州交通大学工程硕士学位论文-7-2数学模型的建立如果要对六旋翼飞行器进行控制器的设计，首先需要对六旋翼飞行器的系统进行分析建模。本章介绍了六旋翼的类型分类，分析了六旋翼的结构组成和飞行原理，定义了机体坐标和地面坐标，并根据欧拉方程和牛顿定律构建了六旋翼飞行器的动力学模型，最后根据坐标系之间的关系推出六旋翼机体坐标系和地面坐标系之间的转换关系。2.1六旋翼的飞行原理分析2.1.1六旋翼的结构六旋翼的结构有多种形式，根据六个旋翼的分布进行分类，较为常见的是“米”字和“Y”型的机体结构，如图2.1所示。(a)“米”字型结构(b)“Y”字型结构图2.1六旋翼结构图由于“米”字型相较“Y”型稳定性更好、容错性能更好和对称性高的优点，因而“米”字型六旋翼应用更为广泛，所以本文选择“米”字型六旋翼飞行器进行分析建模。图2.2六旋翼实物模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼飞行器自适应滑模控制设计[J]. 古训,郑亚利,陈雨青. 控制工程. 2020(01)
[2]六旋翼飞行器模型参考滑模控制方法研究[J]. 李伟杰,王思明,梁旭东. 控制工程. 2019(07)
[3]STM32嵌入式平台下四旋翼飞行器模型研究[J]. 李成勇. 无线电工程. 2018(06)
[4]多旋翼无人飞行器悬停姿态精确控制仿真研究[J]. 匡银虎,张虹波. 计算机仿真. 2018(03)
[5]含控制分配的六旋翼无人机模型参考容错控制[J]. 王思明,李伟杰,韩乐乐,梁旭东. 飞行力学. 2018(02)
[6]自抗扰fal函数改进及在四旋翼姿态控制中的应用[J]. 陈志旺,张子振,曹玉洁. 控制与决策. 2018(10)
[7]四旋翼飞行器建模及其运动控制[J]. 郭勇,汪大伟,邓宇. 传感器与微系统. 2017(11)
[8]单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计[J]. 周卫东,储敏,高宁,孙天. 哈尔滨工业大学学报. 2017(10)
[9]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)
[10]柔性关节机械臂的滑模变结构控制[J]. 汪允鹤,李宏胜,张伟. 组合机床与自动化加工技术. 2017(10)
博士论文
[1]基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制技术研究[D]. 彭宇.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于系统逆的鲁棒二自由度控制方法研究[D]. 彭超.电子科技大学 2012
硕士论文
[1]六旋翼飞行器动力系统容错控制策略研究[D]. 李伟杰.兰州交通大学 2018
[2]四旋翼飞行器容错控制的研究[D]. 党媛媛.天津理工大学 2018
[3]混合动力多旋翼飞行器振动滤波算法的研究[D]. 薛壮壮.西安理工大学 2017
[4]六旋翼飞行器轨迹跟踪的控制方法研究[D]. 蔡敏.兰州交通大学 2017
[5]四旋翼飞行器控制系统关键技术研究[D]. 张浩.哈尔滨工程大学 2017
[6]基于模糊不确定观测器的四旋翼飞行器鲁棒自适应轨迹跟踪控制[D]. 王永.大连海事大学 2017
[7]执行器故障下的四旋翼飞行器容错控制[D]. 储敏.哈尔滨工程大学 2017
[8]具有自主巡航功能的四旋翼飞行器设计[D]. 张学昕.哈尔滨理工大学 2016
[9]小型多旋翼无人机飞行控制器研究[D]. 李旭阳.西安电子科技大学 2014
[10]四旋翼飞行器导航及控制技术研究[D]. 马远超.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3366668
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六旋翼飞行器
进行了试飞，但不尽人意只飞行了1.5m便落地了。在20世纪20年代，法国éOehmichen设计出自己的多旋翼飞行器，实现了14分钟的飞行[3]。紧接着同时期美国人GBothezat制造出名为“飞行章鱼”的四旋翼飞行器，实现了载客飞行的新里程，但飞行高度只有5m，如图1.2所示。20世纪50年代，美国陆军测试了多种垂直起降的方式，结合多家公司设计了“飞行吉普”，以杠杆燃气涡轮机为动力，在1959~1960年间达到了稳定飞行状态，但是却由于高度和速度达不到作战要求，未曾服役[4]。自此以后旋翼飞行器的发展停滞不前维持了三十多年。图1.2“飞行章鱼”旋翼飞行器20世纪90年代，旋翼飞行器以玩具的角色重新出现在了历史的舞台，当时微机电系统惯性导航系统开始应用，这使得旋翼飞行器能够稳定的飞行[5]。KeyenceGryoSaucerIIE-570横空闯入日本市场，同时期由电池供电的四旋翼也相继出世。自2004年美国的Spectrolutions公司推出Dragonflyer系列多旋翼无人机才让旋翼飞行器真正意义上的实现了商用飞行[6]。2006年，德国的MicrodronesGmbH推出了MD4-200四旋翼和Mikrokopter飞控，实现了旋翼像“空中钉子”一样悬停在空中。2010
兰州交通大学工程硕士学位论文-7-2数学模型的建立如果要对六旋翼飞行器进行控制器的设计，首先需要对六旋翼飞行器的系统进行分析建模。本章介绍了六旋翼的类型分类，分析了六旋翼的结构组成和飞行原理，定义了机体坐标和地面坐标，并根据欧拉方程和牛顿定律构建了六旋翼飞行器的动力学模型，最后根据坐标系之间的关系推出六旋翼机体坐标系和地面坐标系之间的转换关系。2.1六旋翼的飞行原理分析2.1.1六旋翼的结构六旋翼的结构有多种形式，根据六个旋翼的分布进行分类，较为常见的是“米”字和“Y”型的机体结构，如图2.1所示。(a)“米”字型结构(b)“Y”字型结构图2.1六旋翼结构图由于“米”字型相较“Y”型稳定性更好、容错性能更好和对称性高的优点，因而“米”字型六旋翼应用更为广泛，所以本文选择“米”字型六旋翼飞行器进行分析建模。图2.2六旋翼实物模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼飞行器自适应滑模控制设计[J]. 古训,郑亚利,陈雨青. 控制工程. 2020(01)
[2]六旋翼飞行器模型参考滑模控制方法研究[J]. 李伟杰,王思明,梁旭东. 控制工程. 2019(07)
[3]STM32嵌入式平台下四旋翼飞行器模型研究[J]. 李成勇. 无线电工程. 2018(06)
[4]多旋翼无人飞行器悬停姿态精确控制仿真研究[J]. 匡银虎,张虹波. 计算机仿真. 2018(03)
[5]含控制分配的六旋翼无人机模型参考容错控制[J]. 王思明,李伟杰,韩乐乐,梁旭东. 飞行力学. 2018(02)
[6]自抗扰fal函数改进及在四旋翼姿态控制中的应用[J]. 陈志旺,张子振,曹玉洁. 控制与决策. 2018(10)
[7]四旋翼飞行器建模及其运动控制[J]. 郭勇,汪大伟,邓宇. 传感器与微系统. 2017(11)
[8]单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计[J]. 周卫东,储敏,高宁,孙天. 哈尔滨工业大学学报. 2017(10)
[9]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)
[10]柔性关节机械臂的滑模变结构控制[J]. 汪允鹤,李宏胜,张伟. 组合机床与自动化加工技术. 2017(10)
博士论文
[1]基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制技术研究[D]. 彭宇.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于系统逆的鲁棒二自由度控制方法研究[D]. 彭超.电子科技大学 2012
硕士论文
[1]六旋翼飞行器动力系统容错控制策略研究[D]. 李伟杰.兰州交通大学 2018
[2]四旋翼飞行器容错控制的研究[D]. 党媛媛.天津理工大学 2018
[3]混合动力多旋翼飞行器振动滤波算法的研究[D]. 薛壮壮.西安理工大学 2017
[4]六旋翼飞行器轨迹跟踪的控制方法研究[D]. 蔡敏.兰州交通大学 2017
[5]四旋翼飞行器控制系统关键技术研究[D]. 张浩.哈尔滨工程大学 2017
[6]基于模糊不确定观测器的四旋翼飞行器鲁棒自适应轨迹跟踪控制[D]. 王永.大连海事大学 2017
[7]执行器故障下的四旋翼飞行器容错控制[D]. 储敏.哈尔滨工程大学 2017
[8]具有自主巡航功能的四旋翼飞行器设计[D]. 张学昕.哈尔滨理工大学 2016
[9]小型多旋翼无人机飞行控制器研究[D]. 李旭阳.西安电子科技大学 2014
[10]四旋翼飞行器导航及控制技术研究[D]. 马远超.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3366668
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