基于Adaptive MRSMC多旋翼无人机自主飞行控制系统研究

发布时间：2017-07-18 01:15

  本文关键词：基于Adaptive MRSMC多旋翼无人机自主飞行控制系统研究

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【摘要】：四旋翼无人机是一种性能优良并能实现垂直起降的飞行器,相比于传统无人机,具有体积小,灵活性强等特点,可广泛应用于航拍摄影、智能交通、植物保护等多个领域。本文以设计一种应用于植物保护领域的四旋翼无人机为课题,研究了无人机硬件系统的整体结构、动力学模型以及其各子系统的控制器设计,主要研究步骤如下：1、针对应用于植物保护领域的四旋翼无人机的具体设计要求,从负载能力、续航时长等角度出发,对无人机的机体进行设计。在机体设计完成基础上,具体讨论了各传感器和无线通信模块的选型。最后,根据各飞行模式在自主飞行情况下的不同分工,搭建了整个飞行控制系统的设计框架。2、根据多旋翼无人机飞行原理,结合动力学理论,建立了无人机的数学模型,并对得到的模型进行简化处理。在建模完成基础上,分别对姿态、速度、位置、高度系统的控制器进行设计,并规划了无人机作业时的自主飞行轨迹。控制器主要采用了Adaptive MRSMC (Model Reference Sliding Mode Control, MRSMC)控制理论进行设计。3、对设计的四旋翼无人植保机进行室外飞行实验,分析实验结果可知,所设计的无人机具有较好的飞行效果,符合植物保护领域的基本要求,从而证明了本课题关于自主飞行控制系统的设计方案具有一定的实现意义。
【关键词】：四旋翼无人机 植物保护 机体设计 自主飞行控制系统 AdaptiveMRSMC
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279;V249.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 引言8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 多旋翼无人机研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 多旋翼无人机控制方法综述12-13
• 1.4 课题研究的主要内容13-15
• 第二章 四旋翼植保机系统方案设计15-33
• 2.1 需求分析15-16
• 2.2 机体设计16-21
• 2.2.1 动力系统选型16-18
• 2.2.2 桨叶尺寸选型18
• 2.2.3 机身材料及尺寸选型18
• 2.2.4 供电电池选型18-20
• 2.2.5 喷头选型20
• 2.2.6 机体具体实现20-21
• 2.3 嵌入式系统描述21-27
• 2.3.1 嵌入式系统硬件选型23-27
• 2.4 飞行控制系统整体方案设计27-31
• 2.4.1 四旋翼无人机飞行原理27-29
• 2.4.2 坐标系建立29-30
• 2.4.3 控制系统结构分析30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 四旋翼无人机建模33-49
• 3.1 动力学结构33-34
• 3.2 平移运动系统分析34-36
• 3.3 旋转运动系统分析36-39
• 3.4 模型简化39-48
• 3.4.1 俯仰角、横滚角模型40-42
• 3.4.2 偏航模型42-43
• 3.4.3 速度模型43-46
• 3.4.4 位置模型46
• 3.4.5 高度模型46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 Adaptive MRSMC控制器设计49-65
• 4.1 滑模控制理论49-51
• 4.2 四旋翼无人机控制器设计51-62
• 4.2.1 增稳控制器设计51-52
• 4.2.2 俯仰、滚转控制器设计52-57
• 4.2.3 偏航控制器设计57-58
• 4.2.4 速度控制58-60
• 4.2.5 位置控制60
• 4.2.6 高度控制60-62
• 4.3 自主飞行轨迹生成方案62-64
• 4.3.1 地面站轨迹生成方案62-63
• 4.3.2 自主学习路径生成方案63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 实验结果及分析65-72
• 5.1 地面站系统65-66
• 5.2 姿态飞行实验66-67
• 5.2.1 俯仰、滚转飞行实验66-67
• 5.2.2 偏航飞行实验67
• 5.3 速度飞行实验67-68
• 5.4 位置飞行实验68
• 5.5 高度飞行实验68-69
• 5.6 路点与轨迹生成飞行实验69-71
• 5.7 本章小结71-72
• 第六章 全文总结及工作展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间完成的科研情况79
• 个人简历79
• 硕士期间发表论文情况79
• 硕士期间竞赛获奖情况79

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本文编号：555407