基于混杂控制系统的八旋翼飞行器设计

发布时间：2023-05-13 00:55

　　近年来,随着航天技术与自动控制技术的不断发展,多旋翼飞行器正以独特的性能优势被广泛的应用于各个领域。因此对多旋翼飞行器自身的控制能力也提出了更高的要求。本文以飞行控制算法为研究主题,以八旋翼飞行器为研究对象,围绕八旋翼飞行器的模型建立、姿态解算、数据融合、飞行控制、硬件选取及软件设计等几个方面展开研究。论文主要研究内容如下:(1)介绍了八旋翼飞行器的研究背景和研究意义,概述了混杂控制系统与旋翼飞行器控制技术的研究现状,并剖析了八旋翼飞行器的技术难点。(2)分析了八旋翼飞行器的运动方式,给定了机体坐标系与地面坐标系,论述了两坐标系下欧拉角的转换关系。在模型条件假设与刚体动力学的基础上,依据牛顿欧拉方程与刚体转动定理详细的推导了八旋翼飞行器的动力学模型,并应用理论分析法建立直流电机的数学模型。(3)针对使用一种姿态测量传感器导致的测量精度低、可靠性差问题,设计了基于卡尔曼滤波算法的信息融合姿态解算方法。阐述了陀螺仪、加速度计、磁力计等姿态测量传感器的测量模型,给出了四元数姿态表述方法。提出了基于卡尔曼滤波算法的姿态信息数据融合方法,得到了姿态角度与位置信息的最优估计值,实现了飞行器对姿态与...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 旋翼飞行器控制技术研究现状
    1.4 混杂控制系统研究现状
    1.5 本文研究内容
    1.6 论文章节安排
第2章 八旋翼飞行器的数学模型
    2.1 引言
    2.2 运动方式的介绍
    2.3 坐标系的建立
    2.4 八旋翼飞行器的数学模型
        2.4.1 机体线运动模型
        2.4.2 机体角运动模型
    2.5 直流电机动力学建模
    2.6 本章小结
第3章 飞行器姿态检测与数据融合估计
    3.1 引言
    3.2 基于四元数法姿态描述
    3.3 传感器测量模型及姿态解算
    3.4 基于卡尔曼滤波算法的数据融合设计
        3.4.1 高度测量数据融合估计
        3.4.2 姿态角度数据融合估计
    3.5 仿真分析
    3.6 模型验证
    3.7 本章小结
第4章 基于混杂控制系统的控制器设计
    4.1 引言
    4.2 混杂控制系统的基本原理
    4.3 子控制器设计
        4.3.1 PID子控制器设计
        4.3.2 backstepping子控制器设计
    4.4 混杂控制器设计
    4.5 稳定性分析
    4.6 仿真分析
        4.6.1 仿真模型搭建
        4.6.2 定点悬停
        4.6.3 避障动作
        4.6.4 抗干扰分析
        4.6.5 高度控制分析
    4.7 本章小结
第5章 系统软件设计及飞行测试
    5.1 引言
    5.2 开发环境
    5.3 实物飞行试验平台搭建
        5.3.1 硬件功能设计及器件选型
        5.3.2 飞行控制系统软件设计流程
    5.4 飞行测试
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢



本文编号：3814976