小型四旋翼飞行器的位置控制方法研究及应用

发布时间：2017-05-06 19:14

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【摘要】：小型四旋翼飞行器是一种对四个旋翼联合驱动而实现飞行位置及姿态控制的飞行器,其具有机构新颖简单,易于实现定点悬停,载重量大,操作灵活,广泛的应用在侦查、探测、航拍等领域。如将四轴飞行器作为一个平台,可根据不同的需求,选择不同的配件使之完成相应的任务。在军事领域中可用于侦察监视、通信中继、电子干扰、攻击任务等,而在民用领域发展较快,如快递投送、交通监视、地质勘探、灾害搜救、摄影航拍等,可以说四轴飞行器都显示出了极高的研究和商业应用价值,已经成为目前最有前途、最有潜力的小型飞行器。本文通过建立小型四旋翼飞行器的动力学、运动学数学模型,把数学模型分解成为四个独立的控制通道,采用模糊PID控制技术设计出稳定可靠的控制器,通过仿真分析验证其控制策略的可行性,并将控制策略加载到四旋翼飞行器平台上,最终实现四旋翼飞行器的稳定悬停和遥控飞行。本文主要对四旋翼飞行器进行滚转角控制、俯仰角控制、偏航角的控制、以及高度控制,以及飞行器的姿态控制。飞行器以ATmega2560为控制核心,集成MPU6050六轴运动处理的传感器、HMC5883L三轴数字罗盘、MS5611的高精度气压计,最终飞行器可以实现悬停、上升、下降、等各种姿态的平稳飞行。
【关键词】：四旋翼 动力学模型 模糊PID控制
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 本文的主要任务13-14
• 第二章 小型四旋翼飞行器模型建立14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 飞行器结构及工作原理14-17
• 2.2.1 结构形式14-15
• 2.2.2 工作原理15-17
• 2.3 飞行器数学模型17-22
• 2.3.1 坐标系及坐标转换17
• 2.3.2 动力学方程17-20
• 2.3.4 四旋翼飞行器数学模型的建立20-22
• 第三章 控制方法研究22-42
• 3.1 控制方案22-24
• 3.1.1 控制策略22
• 3.1.2 控制规律22-23
• 3.1.3 控制系统结构23-24
• 3.2 自整定模糊PID控制器设计24-31
• 3.2.1 模糊控制的基本原理24-27
• 3.2.2 模糊PID参数整定的基本思想及设计27-31
• 3.3 飞行器姿态控制的模糊PID参数整定31-42
• 3.3.1 俯仰（翻滚）控制31-35
• 3.3.2 偏航控制35-36
• 3.3.3 前向（侧向）位置控制36-39
• 3.3.4 高度控制39-42
• 第四章 实验平台及测试结果42-60
• 4.1 飞行器本体42-46
• 4.1.1 飞行器结构设计42-43
• 4.1.2 动力装置选型43-44
• 4.1.3 控制模块设计44-45
• 4.1.4 电源模块设计45-46
• 4.2 传感器选型46-51
• 4.2.1 姿态传感器46-48
• 4.2.2 地磁传感器48-49
• 4.2.3 气压传感器49-51
• 4.3 主控单元选型51-58
• 4.3.1 主控芯片51-52
• 4.3.2 控制器简介52-53
• 4.3.3 软件开发环境简介53
• 4.3.4 软件流程53-58
• 4.4 飞行测试结果58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66

【参考文献】

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1 李虎;BP算法的改进及其在PID优化控制中的应用研究[D];西安科技大学;2012年

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本文编号：348996