基于视觉的自主循迹系统与无人机姿态控制研究
发布时间：2021-11-15 16:26
随着自动控制领域的发展,无人机系统的应用前景越来越广阔。近几年,国内外在民用无人机市场有了快速的发展,无人机的智能化是目前研究的热点方向之一。在智能控制、视觉跟踪、三维航迹规划、多机空中交通管理等方面具有极高的研究价值。本文以四旋翼无人机作为控制对象,基于视觉处理算法、嵌入式软件开发、飞行器控制等研究内容,实现其对已知路径的检测与循迹。首先,本文分析了四旋翼无人机的结构及其飞行原理,建立坐标系和无人机动力学模型。基于自主循迹任务,介绍软件开发环境,搭建地面站平台,并提出整体设计方案。其次,本文依据四旋翼无人机的数学模型对其进行Matlab/Simulink仿真。设计串级PID、非线性自抗扰控制和线性自抗扰三种控制方案应用于四旋翼无人机的姿态控制仿真中。然后,本文引入SURF特征检测与匹配算法,实现对无人机循迹线路的检测与匹配,并对路径进行定位。基于轨迹边缘特征,引入Sobel、Canny、Laplace等三种边缘特征检测算子。基于降落点角点特征,引入Harris、Shi-Tomasi、FAST等三种角点特征检测算子。对六种检测算子进行清晰度和准确率比较。最后,本文搭建无人机测试平台,基...
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地面坐标系与机体坐标系如图2-4所示，以四旋翼无人机起飞时的位置作为原点建立地面坐标系()
14图 2-6 OV2640 模块为 1600*1200，图像采集帧会出现运动模糊问题，后期可。OpenCV 是一个主要应用括了超过 500 个优化的图像，便于进行二次开发。Open Windows、Linux、MacOS、i源、接口丰富、移植性好、商业项目的开发，又可以作。与 Matlab 相比，OpenCV
华北电力大学硕士学位论文本系统的开发环境基于 2.4.9 版本 OpenCV，采用 C++语言进行开发。编程软件采用 Keil5、CMake、Visual Studio2010 及 Matlab 等。地面监测站软件如图 2-7 所示，对无人机进行远程监控，在飞行实验过程用于发送相关指令，实时观测飞行数据，可以在线调试。该软件安装在一台笔记本电脑上，对电脑配置没有过高的要求，只需配置好相关环境即可。
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速特征提取与感知哈希结合的图像配准算法[J]. 宋博,姜万里,孙涛,熊正强,芮华建. 计算机工程与应用. 2018(07)
[2]小型无人机滑跑航向纠偏及增稳控制设计[J]. 郭杰,李震,陈天悦,刘真畅,唐胜景. 北京理工大学学报. 2017(12)
[3]倾转式三旋翼无人机非线性鲁棒控制设计与实验验证[J]. 金鑫,鲜斌. 控制理论与应用. 2017(10)
[4]检测图像角点自适应确定跟踪模板的方法[J]. 王德胜,吴钟建,姚秀娟,金代中,卢宏超. 红外技术. 2017(07)
[5]双无人机跟踪飞行系统的设计[J]. 李勇庆,潘磊,王琛,戴铮,李灿. 数字技术与应用. 2017(04)
[6]多尺度微分模式相似性角点检测算法[J]. 王富平,水鹏朗. 光电工程. 2016(10)
[7]多传感器融合四旋翼协同控制算法及其实现[J]. 张磊,陆宇平,殷明. 应用科学学报. 2016(02)
[8]带悬挂负载的八旋翼无人机建模与控制[J]. 李伟荣,方舟,李诚龙. 计算机应用. 2015(S2)
[9]基于SURF特征提取和FLANN搜索的图像匹配算法[J]. 冯亦东,孙跃. 图学学报. 2015(04)
[10]基于Harris的棋盘格角点检测改进算法[J]. 王晓辉,程健庆,韩瑜. 电子测量技术. 2013(10)
博士论文
[1]无人机遥感图像拼接关键技术研究[D]. 贾银江.东北农业大学 2016
[2]四旋翼无人机几何滑模姿态控制技术和抗扰应用研究[D]. 安宏雷.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于Cortex-M4的四旋翼无人机控制系统的研究与实现[D]. 李永义.大连理工大学 2017
[2]基于视觉的四旋翼无人机室内导航系统研究[D]. 姚艳虹.东南大学 2017
[3]多无人机的组群飞行特性与控制分析[D]. 徐俊.南京理工大学 2017
[4]基于自抗扰算法的四旋翼无人机抗风性能研究[D]. 史腾飞.华北电力大学 2017
[5]基于金字塔多尺度LBP和自学习哈希的面料图像检索算法研究[D]. 张立缙.合肥工业大学 2016
[6]具有自复位能力的四旋翼飞行器机构设计及控制方法研究[D]. 彭瑾.东南大学 2015
[7]基于卫星和视觉结合的四旋翼飞行器导航定位研究[D]. 董会云.哈尔滨工程大学 2015
[8]基于特征点图像配准技术的研究[D]. 姜帅.西安电子科技大学 2014
[9]四旋翼飞行器控制系统设计[D]. 李尧.大连理工大学 2013
[10]基于滑模变结构的飞行器控制系统设计[D]. 韩慧超.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3497128
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地面坐标系与机体坐标系如图2-4所示，以四旋翼无人机起飞时的位置作为原点建立地面坐标系()
14图 2-6 OV2640 模块为 1600*1200，图像采集帧会出现运动模糊问题，后期可。OpenCV 是一个主要应用括了超过 500 个优化的图像，便于进行二次开发。Open Windows、Linux、MacOS、i源、接口丰富、移植性好、商业项目的开发，又可以作。与 Matlab 相比，OpenCV
华北电力大学硕士学位论文本系统的开发环境基于 2.4.9 版本 OpenCV，采用 C++语言进行开发。编程软件采用 Keil5、CMake、Visual Studio2010 及 Matlab 等。地面监测站软件如图 2-7 所示，对无人机进行远程监控，在飞行实验过程用于发送相关指令，实时观测飞行数据，可以在线调试。该软件安装在一台笔记本电脑上，对电脑配置没有过高的要求，只需配置好相关环境即可。
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速特征提取与感知哈希结合的图像配准算法[J]. 宋博,姜万里,孙涛,熊正强,芮华建. 计算机工程与应用. 2018(07)
[2]小型无人机滑跑航向纠偏及增稳控制设计[J]. 郭杰,李震,陈天悦,刘真畅,唐胜景. 北京理工大学学报. 2017(12)
[3]倾转式三旋翼无人机非线性鲁棒控制设计与实验验证[J]. 金鑫,鲜斌. 控制理论与应用. 2017(10)
[4]检测图像角点自适应确定跟踪模板的方法[J]. 王德胜,吴钟建,姚秀娟,金代中,卢宏超. 红外技术. 2017(07)
[5]双无人机跟踪飞行系统的设计[J]. 李勇庆,潘磊,王琛,戴铮,李灿. 数字技术与应用. 2017(04)
[6]多尺度微分模式相似性角点检测算法[J]. 王富平,水鹏朗. 光电工程. 2016(10)
[7]多传感器融合四旋翼协同控制算法及其实现[J]. 张磊,陆宇平,殷明. 应用科学学报. 2016(02)
[8]带悬挂负载的八旋翼无人机建模与控制[J]. 李伟荣,方舟,李诚龙. 计算机应用. 2015(S2)
[9]基于SURF特征提取和FLANN搜索的图像匹配算法[J]. 冯亦东,孙跃. 图学学报. 2015(04)
[10]基于Harris的棋盘格角点检测改进算法[J]. 王晓辉,程健庆,韩瑜. 电子测量技术. 2013(10)
博士论文
[1]无人机遥感图像拼接关键技术研究[D]. 贾银江.东北农业大学 2016
[2]四旋翼无人机几何滑模姿态控制技术和抗扰应用研究[D]. 安宏雷.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于Cortex-M4的四旋翼无人机控制系统的研究与实现[D]. 李永义.大连理工大学 2017
[2]基于视觉的四旋翼无人机室内导航系统研究[D]. 姚艳虹.东南大学 2017
[3]多无人机的组群飞行特性与控制分析[D]. 徐俊.南京理工大学 2017
[4]基于自抗扰算法的四旋翼无人机抗风性能研究[D]. 史腾飞.华北电力大学 2017
[5]基于金字塔多尺度LBP和自学习哈希的面料图像检索算法研究[D]. 张立缙.合肥工业大学 2016
[6]具有自复位能力的四旋翼飞行器机构设计及控制方法研究[D]. 彭瑾.东南大学 2015
[7]基于卫星和视觉结合的四旋翼飞行器导航定位研究[D]. 董会云.哈尔滨工程大学 2015
[8]基于特征点图像配准技术的研究[D]. 姜帅.西安电子科技大学 2014
[9]四旋翼飞行器控制系统设计[D]. 李尧.大连理工大学 2013
[10]基于滑模变结构的飞行器控制系统设计[D]. 韩慧超.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3497128
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