基于PX4的复合式VTOL无人机总能量控制系统的研究

发布时间：2023-03-03 17:58

　　近年来,伴随着无人机研究的逐步深入,以及其日益广泛的应用,其功能也愈发多样,而垂直起降(VTOL)无人机就是近几年飞速发展的一种新型飞行器,复合式垂直起降无人机是其中一类。该无人机之系统,将固定翼系统和四旋翼系统直接融合为一体,既保留了两种系统的飞行特点,也有效回避了其他无人飞行器中存在的一些常见问题,如复杂的机械传动装置以及繁琐的控制程序等,这也使其成为一种发展潜力相当高的无人机类型。随着复合式VTOL无人机的大量飞行实践,人们发现在固定翼模式飞行时,经常出现通过油门改变飞行速度时,无人机的飞行高度也会随之发生变化的现象,或者操作员只想通过俯仰操作来改变高度,结果无人机的速度却也同步发生了改变。造成这样的原因,一般则是因为无人机在低动压条件下,升降舵和油门杆对无人机响应的耦合特性,使得现有的PX4复合式VTOL无人机飞行控制系统不能实现飞行速度和飞行高度的单独控制,因此,如何解耦是提升复合式VTOL无人机飞行品质的关键。总能量控制是运用能量控制与分配的方法,将速度控制与高度控制进行解耦,采取油门管理总体能量,升降舵(俯仰角)管控动、势能能量交换的方式,从而改善复合式VTOL无人机的飞...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 研究内容及结构安排
第二章 复合式VTOL无人机的搭建及飞行试验
    2.1 复合式VTOL无人机的基本构成
        2.1.1 机械结构模块
        2.1.2 动力系统
        2.1.3 控制系统
    2.2 复合式VTOL无人机飞行原理
        2.2.1 四旋翼结构的飞行原理
        2.2.2 固定翼的飞行原理
        2.2.3 过渡阶段的飞行原理
    2.3 复合式VTOL无人机飞行试验
    2.4 本章小结
第三章 PX4飞行控制系统简介
    3.1 PX4飞控系统整体架构
    3.2 PX4实时操作系统
    3.3 UORB通信机制
        3.3.1 UORB架构
        3.3.2 UORB机制的实现
        3.3.3 一个典型的PX4 UORB消息发布过程
    3.4 飞行控制栈
        3.4.1 PX4位置控制
        3.4.2 姿态控制
    3.5 PX4飞控系统的飞行模式
    3.6 本章小结
第四章 复合式VTOL无人机的SIMULINK建模
    4.1 运动学建模
        4.1.1 无人机姿态位置控制数学模型的建立
        4.1.2 动力学模型的建立
    4.2 VTOL无人机控制算法设计
        4.2.1 四旋翼PID控制
        4.2.2 固定翼反步法(backstepping)控制
    4.3 复合式VTOL无人机simulink建模总体设计
    4.4 本章小结
第五章 总能量控制在复合式VTOL无人机上的应用
    5.1 无人机的总能量控制
        5.1.1 总能量控制的发展沿革
        5.1.2 总能量控制核心算法
        5.1.3 总能量控制方法在PX4上的实现
        5.1.4 在复合式VTOL无人机上应用总能量控制的simulink仿真验证
    5.2 PX4 下复合式VTOL无人机总能量控制模块的设计及验证
        5.2.1 ubuntu下 PIXHAWK开发环境建立
        5.2.2 px4下总能量控制模块总体设计
        5.2.3 px4下总能量控制具体模块代码设计及详解
    5.3 总能量控制模块仿真验证
        5.3.1 Gazebo仿真实验平台搭建
        5.3.2 仿真目的及实验流程
        5.3.3 仿真结果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3752843