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文檔簡介
1、由于四旋翼無人機具有機動性好、安全以及廉價等優(yōu)點,其市場得到迅猛的發(fā)展;被廣泛的應用于航拍、災后搜救、反恐監(jiān)控以及國境巡航等各個領域。面對復雜的工作環(huán)境,無人機能否順利完成任務的關鍵是擁有良好的控制系統(tǒng)和狀態(tài)估計。然而四旋翼無人機的非線性、強耦合以及欠驅動的特點,使得其控制系統(tǒng)和狀態(tài)估計濾波器的設計難度大大增加。本文在分析了四旋翼無人機研究現(xiàn)狀和關鍵技術的基礎上,完成了四旋翼無人機建模、控制算法和姿態(tài)估計算法的研究工作。
首先
2、,分析了四旋翼無人機的動力學特性,基于牛頓-歐拉方程建立了完整的四旋翼無人機動力學模型。該模型用四元數(shù)對無人機進行姿態(tài)解算,考慮了四旋翼無人機飛行時的平動空氣阻力、轉動空氣阻力,并且將無刷電機轉子、螺旋槳和機體看作多剛體系統(tǒng)。在Solidworks軟件中,建立了無人機半實物模型以獲得無人機慣性參數(shù)。
其次,結合四旋翼無人機仿真模型,研究了在三種姿態(tài)反饋形式(歐拉角、旋轉矩陣以及四元數(shù))下姿態(tài)和位置的PID控制策略;完成相應的姿
3、態(tài)控制系統(tǒng)設計,提出相應的位置誤差轉換到姿態(tài)誤差轉換策略,完成了位置的級聯(lián)控制系統(tǒng)設計;仿真結果表明以四元數(shù)反饋時無人機的階躍跟蹤效果更好,而且具有控制器結構簡單、姿態(tài)解算無奇點以及計算量少的優(yōu)點。
再次,在四元數(shù)反饋的模型基礎上,研究了四旋翼無人機的自抗擾控制算法;導出四元數(shù)積分器串聯(lián)方程,結合姿態(tài)誤差四元數(shù)的意義,建立了四元數(shù)形式的矢量自抗擾控制系統(tǒng);仿真結果表明在該控制系統(tǒng)下無人機的響應速度更快,魯棒性能更強。
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