复杂环境下四旋翼无人机姿态控制与精准定点悬停研究

发布时间：2022-01-27 21:06

　　目前无人机市场发展迅速。相对于固定翼无人机,旋翼无人机因其具有控制简单,可悬停飞行和成本低的优势,因而在工厂巡检、快递投放、森林灭火、航拍、农田植保、警用安防监控等诸多领域有广泛的应用场景。由于旋翼无人机姿态控制和悬停控制精度都是影响上述应用场景的重要性能指标。姿态控制和悬停不够精准,会造成无人机机体抖动,漂移甚至失控等情况的发生,从而出现工厂巡检路线偏离,农田植保杀虫药喷洒不到位,快递货物不能准确投递和航拍质量差等情况。同时风力因素和无人机本身噪声的耦合也会对姿态控制和定点悬停产生干扰。所以需要对旋翼无人机姿态控制和精准定点悬停进行研究。在旋翼无人机的控制中,飞行器在空中姿态控制和悬停是通过多种传感器数据融合实现的。由于传感器本身精度,噪声的影响和当前常用数据融合算法设计的适用性问题,导致旋翼无人机空中的姿态控制,和定点悬停始终会精度不高。比如IMU和气压计的数据融合,由于传感器噪声和空气扰动的影响,会使无人机在空中悬停时产生漂移;又如激光测距传感器和光流传感器的融合对于在高度大于10米,光照复杂的环境中表现欠佳。同时,旋翼无人机在空中悬停定位过程中,由于突如其来的风力或外力原因,导... 

【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于右手定则Fig.2-1Right-handrulebasedcoord

图 2-1 基于右手定则的坐标系和旋转正方向Fig.2-1 Right-hand rule based coordinate and positive rotation direction标系与地球固联坐标系行器相对于地面的运动状态的研究中，常使用地球固联坐标系来确定机间位置坐标。但由于在近地表场景中使用，所以地球固联坐标系可以忽球表面假设成一张平面。如图 2-2 左图所示，通常以多旋翼起飞位置或点 ，本文选择无人机在平地上开机后的位置为原点，然后让 轴在水向，本文选取正北方向， 轴垂直于地面向下，最后按右手定则确定即北东地坐标系 (NED)。 机体坐标系与多旋翼固连，机体坐标系原点心位置上， 轴在多旋翼对称平面内指向机头（机头方向与多旋翼+字）。 轴在飞机对称平面内，垂直轴 向下，最后按右手定则确定轴[机坐标系如图 2-2右图所示。

坐标Fig.2-3Coordinate

【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼无人直升机飞行控制技术综述[J]. 甄红涛,齐晓慧,夏明旗,赵红瑞.  飞行力学. 2012(04)
[2]微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析[J]. 岳基隆,张庆杰,朱华勇.  电光与控制. 2010(10)
[3]惯性导航系统的发展及其关键技术综述[J]. 徐景硕,周胜明,蒋华君.  科技信息. 2009(35)
[4]捷联惯导系统中四元素法求解姿态角仿真模拟[J]. 孙冬梅,田增山,韩令军.  弹箭与制导学报. 2009(01)
[5]微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术[J]. 聂博文,马宏绪,王剑,王建文.  电光与控制. 2007(06)

博士论文
[1]基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究[D]. 郑伟.中国科学技术大学 2014
[2]动态定位中的卡尔曼滤波研究[D]. 宋迎春.中南大学 2006

硕士论文
[1]一种基于光流和自运动估计的导航定位方法[D]. 温同鑫.华中科技大学 2012
[2]小型四旋翼飞行器实时控制系统研究[D]. 李航.大连理工大学 2010
[3]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006



本文编号：3613087