用于X、γ射线检测的无人机关键技术研究

发布时间：2024-01-30 12:51

　　随着社会的进步以及人们生活质量的提高,四旋翼无人机不仅已经成为一个热门发展的领域,而且在逐渐融入人们的生活。在人类生活环境中可能存在着威胁人类健康的X、γ射线,而四旋翼飞行器恰好可以代替人类检测X、γ射线剂量是否到达了威胁健康的标准值。但是四旋翼无人机的微机电惯性传感器件存在着精度低、容易被外界干扰的问题,再加上其整个系统存在着强耦合、欠驱动、稳定性能较弱的缺点而且配置探测器会导致无人机整体受力不均有偏沉的现象出现,而且还要根据目标点规划出合理的路径。所以需要精确的姿态数据、抗干扰能力较强的控制算法以及合理的航迹规划算法以顺利且高效地完成检测任务。本文主要从姿态估计、控制算法以及航迹规划进行拓展研究。首先,本文提出了一种基于四元数的自修正的扩展卡尔曼滤波器用于提高四旋翼飞行器的姿态测量精度。在融合数据之前,先对四旋翼飞行器不精确的传感器进行标定,然后将其应用到姿态测量系统中。接着在该滤波器中设计了自修正的测量噪声协方差矩阵,随着外界干扰值的增大,滤波器也相应地减小对传感器观测量的信任度。通过仿真验证了所提出的算法在被外界施加干扰的情况下,依然可以较为精确地估计出姿态角。其次,四旋翼飞行...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的研究背景和意义
    1.3 四旋翼飞行器发展现状
    1.4 四旋翼飞行器控制飞行的相关技术概述
        1.4.1 四旋翼飞行器的姿态估计
        1.4.2 控制算法
        1.4.3 航迹规划算法
    1.5 主要研究内容以及章节安排
第2章 四旋翼飞行器的基础理论
    2.1 四旋翼飞行器的结构以及飞行原理
        2.1.1 结构形式
        2.1.2 飞行原理
    2.2 四旋翼的姿态表示以及坐标系
        2.2.1 右手定则
        2.2.2 地坐标系与机体坐标系
    2.3 姿态表示
        2.3.1 欧拉角
        2.3.2 旋转矩阵
        2.3.3 四元数
    2.4 四旋翼飞行器数学模型的建立
    2.5 本章小结
第3章 四旋翼飞行器的姿态估计
    3.1 传感器的标定
        3.1.1 三轴加速度计误差与测量模型
        3.1.2 三轴磁力计误差与测量模型
        3.1.3 标定试验
    3.2 基于四元数的自修正扩展卡尔曼滤波
        3.2.1 四元数姿态运动模型
        3.2.2 滤波器设计
        3.2.3 测量噪声协方差矩阵的自修正
    3.3 仿真分析
    3.4 本章小结
第4章 四旋翼飞行器的飞行控制
    4.1 控制系统设计
    4.2 姿态控制器设计
        4.2.1 内环自抗扰姿态控制器设计
        4.2.2 外环PID位置控制器设计
    4.3 仿真分析
        4.3.1 无内外部干扰的仿真
        4.3.2 加入内外部干扰的仿真
    4.4 本章小结
第5章 基于改进RRT算法的航迹规划
    5.1 基于搜索以及采样的规划算法
        5.1.1 Dijkstra算法与A^*算法
        5.1.2 快速扩展随机树与RRT-Connect
    5.2 对于RRT算法的改进
    5.3 仿真分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3890187