四旋翼无人直升机仿真及控制方法比较研究

发布时间：2017-06-10 22:01

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【摘要】：无人直升机，尤其是四旋翼直升机，因其飞行原理和结构更为简单，而在近些年引起了国内外众多高校的关注和研究。轨迹跟踪能力作为无人直升机的一项必备技能，其控制算法也被不断的丰富。 良好的控制算法无疑是无人直升机完成任务的保障。然而我们不可能用实际的无人直升机来进行算法的验证，如PID，需要调节参数来实现最优控制。没有经过调试的PID参数用在无人机上对其可能是致命的。因此，能够进行仿真实验的无人机仿真平台的就显得尤为重要了。 本文首先在分析了实际四旋翼直升机的基础上，将其各部分模块化，并根据相关的物理知识，使用MATLAB/Simulink工具建立了四旋翼直升机的仿真环境，使得控制算法的研究有了验证的平台。接下来将PID算法、反演算法和积分反演算法应用到仿真环境中，通过仿真参数的调节不断优化控制效果，最终得到四旋翼直升机悬停和轨迹跟踪两种情况的实验结果，以此作为本文实验的对比项。最后本文将PID算法和积分反演算法分别作用在位置环和姿态环，得到参数优化后的实验结果。 实验结果首先验证了试验平台的有效性，表明该平台能够进行控制算法的验证。在三种算法实验结果的对比中，，PID算法和积分反演算法结合的控制方法的实验结果表明它有效的结合了PID算法和积分反演算法二者的优点，在悬停和轨迹跟踪上对四旋翼直升机的控制效果都比较理想。
【关键词】：轨迹跟踪 无人机 四旋翼 积分反演算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V279;V249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 无人直升机8-9
• 1.1.1 微型无人直升机8-9
• 1.1.2 四旋翼无人直升机9
• 1.2 自主轨迹跟踪9-10
• 1.3 飞行控制10-12
• 1.3.1 控制算法10-11
• 1.3.2 控制算法现状11-12
• 1.3.3 课题研究意义12
• 1.4 本文主要研究内容和组织结构12-14
• 1.4.1 论文研究的主要工作和内容12-13
• 1.4.2 论文的组织结构13-14
• 第2章 预备知识14-18
• 2.1 引言14
• 2.2 四旋翼直升机飞行原理14-15
• 2.2.1 四旋翼动力14
• 2.2.2 四旋翼运动14-15
• 2.3 四旋翼直升机建模15-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第3章 仿真设计18-27
• 3.1 引言18
• 3.2 系统建模18-22
• 3.2.1 牛顿—欧拉方程建模18-19
• 3.2.2 空气动力学的力和力矩19-21
• 3.2.3 总体力和力矩21-22
• 3.3 仿真分析平台搭建22-26
• 3.3.1 平台搭建23-24
• 3.3.2 平台具体实现24-26
• 3.4 本章小结26-27
• 第4章 控制算法仿真实现及比较27-54
• 4.1 引言27
• 4.2 控制建模27-28
• 4.3 PID 算法28-35
• 4.3.1 姿态控制28-30
• 4.3.2 位置控制30-31
• 4.3.3 PID 定点悬停31-32
• 4.3.4 轨迹跟踪32-35
• 4.4 反演算法35-40
• 4.4.1 定点悬停36-37
• 4.4.2 轨迹跟踪37-40
• 4.5 积分反演算法40-46
• 4.5.1 姿态控制40-42
• 4.5.2 高度控制42
• 4.5.3 位置控制42-43
• 4.5.4 定点悬停43-44
• 4.5.5 轨迹跟踪44-46
• 4.6 PID—积分反演算法46-50
• 4.6.1 定点悬停46-48
• 4.6.2 轨迹跟踪48-50
• 4.7 综合比较50-53
• 4.8 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59

【参考文献】

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1 邓寅U

本文编号：439999