四旋翼无人机自抗扰飞行控制研究

发布时间：2023-03-21 18:09

　　近年来,四旋翼无人机在军事领域和民用领域的应用越来越广,系统设计、飞行控制方法都取得了前所未有的进步。针对四旋翼无人机多变量、非线性、欠驱动、强耦合的特点,设计高性能飞行控制器,是实现四旋翼无人机稳定飞行的关键。PID控制是现阶段四旋翼无人机主流的飞行控制算法,但由于实际飞行中各种随机扰动的影响,传统的PID控制方法无法满足系统动态性能指标,很难获得高性能的飞行控制效果。针对四旋翼无人机抗干扰问题,研究了基于自抗扰控制的飞行控制系统,以提高无人机飞行过程中抑制干扰的能力,改善控制系统的鲁棒性和适应性。首先,本文主要以四旋翼无人机QBall2为研究对象,在分析QBall2的飞行原理基础上,基于牛顿-欧拉法建立了QBall2的非线性系统模型;设计了非线性串级PID控制器,搭建飞行控制系统MATLAB/Simulink仿真模型,对该控制器进行了数值仿真,仿真结果表明串级PID控制方法的有效性;针对PID控制抗干扰能力差的问题,研究了基于自抗扰控制的四旋翼无人机飞行控制系统,并与串级PID控制系统进行了仿真对比分析。仿真分析结果表明,自抗扰控制器不仅能实现快速且稳定的目标跟踪,而且能很好地估计...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 飞行控制方法研究现状
    1.4 研究内容及目标
2 四旋翼无人机系统建模
    2.1 基本概念
        2.1.1 坐标系
        2.1.2 无人机的位姿描述
        2.1.3 坐标变换
    2.2 飞行原理
    2.3 QBALL2无人机系统建模
        2.3.1 建模中的状态变量
        2.3.2 运动学方程
        2.3.3 动力学方程
        2.3.4 其他力的计算
        2.3.5 QBall2无人机系统模型
    2.4 本章小结
3 基于自抗扰的飞行控制系统设计
    3.1 串级PID控制器的系统设计
        3.1.1 PID控制器的结构和原理
        3.1.2 基于串级PID的飞行控制
        3.1.3 仿真实验及结果分析
    3.2 自抗扰控制器的系统设计
        3.2.1 自抗扰控制器
        3.2.2 基于自抗扰的飞行控制
        3.2.3 参数整定原则
        3.2.4 仿真实验及结果分析
    3.3 抗扰性仿真分析
    3.4 本章小结
4 基于模糊和神经网络的自抗扰控制系统设计
    4.1 模糊自抗扰控制器的设计
        4.1.1 模糊自抗扰原理
        4.1.2 模糊自抗扰控制器设计
        4.1.3 算法仿真分析
    4.2 神经网络自抗扰控制器的设计
        4.2.1 神经网络自抗扰原理
        4.2.2 神经网络自抗扰控制器设计
        4.2.3 算法仿真分析
    4.3 本章小结
5 飞行验证实验
    5.1 室内半物理仿真平台的飞行验证
        5.1.1 Quanser无人机实验平台
        5.1.2 QBall2控制模型
        5.1.3 PID和ADRC控制算法半实物仿真
    5.2 室外实际飞行验证
        5.2.1 无人机室外飞行平台
        5.2.2 PID和ADRC控制算法实际飞行验证
    5.3 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果



本文编号：3767045