旋翼飞行器目标搬移控制算法研究

发布时间：2017-08-21 21:34

  本文关键词：旋翼飞行器目标搬移控制算法研究

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【摘要】：随着旋翼飞行器迅速发展,其在目标搬移方面的应用引起广泛兴趣,对其目标搬移控制算法的研究具有重要意义。中航工业杯国际无人飞行器创新大奖赛旋翼类竞技赛正是为了推进这方面技术的进步而开展。因此,课题以竞赛为背景,以六旋翼飞行器为对象研究了旋翼飞行器目标搬移的决策方法和控制算法。首先,研究了六旋翼飞行器及其悬挂负载情况下的动力学模型。由于飞行器的控制性能与其动力学模型的准确度有很大的联系,针对飞行器本体的空气动力及动力矩,建立了飞行器的线运动和角运动方程,并对悬挂负载进行动力学分析,建立了悬挂负载对飞行器的作用力模型,进而精确得出飞行器及其带负载的动力学模型,该模型的建立进一步提高了控制器的精确度。其次,设计了六旋翼飞行器控制器结构及控制算法。基于建立的动力学模型,研究了以姿态控制器为内环、位置控制器为外环的控制器结构设计问题;运用模糊自适应PID控制算法设计姿态控制器,经典PID算法设计位置控制器。研究仿真条件下姿态控制器的快速性和鲁棒性、位置控制器的有效性以及以姿态控制器为内环、位置控制器为外环的控制器结构的正确性。再次,设计了九状态有限状态机目标搬移策略模型。基于六旋翼飞行器的任务层、导航层、执行层三层系统结构,设计了飞行器实验系统。考虑到有限状态机具有很强的稳定性,针对竞赛任务,设计了具有九个状态的有限状态机,实现目标搬移策略模型的建立。基于上述研究基础,在所研制的六旋翼飞行器上进行定点悬停、无负载位置跟踪、负载提起、负载运输及负载释放实验,结果验证了所建立的模型及控制算法的有效性和鲁棒性。
【关键词】：六旋翼飞行器 模糊自适应PID 任务决策 有限状态机
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 旋翼飞行器目标搬移国内外发展与研究现状10-15
• 1.2.1 旋翼飞行器目标搬移国外发展及现状10-12
• 1.2.2 旋翼飞行器目标搬移国内发展及现状12-14
• 1.2.3 旋翼飞行器目标搬移国内外综述14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第二章 六旋翼飞行器结构及其动力学模型17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 六旋翼飞行器结构和飞行原理分析17-20
• 2.2.1 六旋翼飞行器结构分析17-19
• 2.2.2 六旋翼飞行器飞行原理分析19-20
• 2.3 六旋翼飞行器动力学模型20-26
• 2.3.1 坐标系建立与坐标变换20-22
• 2.3.2 受力分析及动力学模型建立22-26
• 2.4 悬挂负载的作用力模型26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 六旋翼飞行器目标搬移控制算法研究28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 基于模糊自适应PID目标搬移姿态控制算法研究28-34
• 3.2.1 模糊控制算法简介28-31
• 3.2.2 比例积分微分控制算法简介31-32
• 3.2.3 目标搬移姿态控制算法研究32-34
• 3.3 基于经典PID目标搬移位置控制算法研究34-35
• 3.4 Matlab仿真及仿真结果分析35-39
• 3.4.1 姿态角单位阶跃响应仿真实验35-38
• 3.4.2 位置跟踪仿真实验38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于有限状态机方法六旋翼目标搬移策略研究40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 六旋翼飞行器系统结构设计40-42
• 4.3 有限状态机介绍42-44
• 4.4 基于有限状态机的目标搬移决策建模44-48
• 4.4.1 目标搬移决策分析44-46
• 4.4.2 基于有限状态机的目标搬移策略建模46-48
• 4.5 本章小节48-49
• 第五章 六旋翼飞行器目标搬移实验49-60
• 5.1 引言49
• 5.2 实验环境搭建49-50
• 5.3 实验及结果分析50-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与的学术活动66

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1 宋亚平;浅谈旋翼的防腐维护[J];航空维修与工程;2004年04期

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本文编号：715259