小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、旋翼式飛行器因其起飛和降落所需空間較少，在障礙物密集環(huán)境下的操控性較高，以及飛行器姿態(tài)保持能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在民用和軍事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。其中，小型四旋翼飛行器的研究近年來日趨成熟，并為自動(dòng)控制，先進(jìn)傳感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多技術(shù)領(lǐng)域的融合研究提供了一個(gè)平臺(tái)。在空中機(jī)器人智能控制，三維路徑規(guī)劃，多飛行器空中交通管理和碰撞規(guī)避等方面，小型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)都具有很高的研究價(jià)值。本文對小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。主

2、要內(nèi)容如下： ⑴小型四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)建模：將四旋翼飛行器看作剛體，選取影響飛行器運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵受力和力矩，之后根據(jù)牛頓定律和歐拉方程，推導(dǎo)出關(guān)于三個(gè)平動(dòng)位移量和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位移量的動(dòng)力學(xué)方程。 ⑵基于經(jīng)典PID算法的四旋翼飛行器系統(tǒng)的控制：設(shè)計(jì)了一個(gè)基于經(jīng)典PID算法的控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，將整個(gè)控制結(jié)構(gòu)分為內(nèi)環(huán)控制（姿態(tài)控制）和外環(huán)控制（飛行位置控制）兩個(gè)閉合環(huán)路，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)可使飛行器準(zhǔn)確飛抵目標(biāo)位置，并在該位

3、置保持盤旋狀態(tài)下的穩(wěn)定。 ⑶基于Backstepping方法的四旋翼飛行器系統(tǒng)的控制：根據(jù)四旋翼飛行器系統(tǒng)的狀態(tài)方程，運(yùn)用Backstepping方法推導(dǎo)出使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制量表達(dá)式。仿真結(jié)果顯示，該控制器與基于經(jīng)典PID算法的控制器相比，在系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)，上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間三個(gè)方面均有明顯改善。 ⑷基于Backstepping方法的四旋翼飛行器系統(tǒng)的自適應(yīng)控制：在之前設(shè)計(jì)的基于Backstepping方法的控制器的基礎(chǔ)上，