四旋翼無人飛行器魯棒控制器設(shè)計(jì).pdf

1、四旋翼無人飛行器是一種具有六個(gè)自由度并且能夠垂直起降的無人機(jī)，它以其低成本、結(jié)構(gòu)簡單和獨(dú)特的飛行方式等特點(diǎn)在軍事和民用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文在綜述了四旋翼無人飛行器的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)其動(dòng)力學(xué)特性和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性建立了數(shù)學(xué)模型，然后分析了該模型的多變量、非線性、欠驅(qū)動(dòng)和強(qiáng)耦合的系統(tǒng)特性，將多種控制方法應(yīng)用于四旋翼無人飛行器系統(tǒng)，并通過數(shù)字仿真和試飛實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的方法進(jìn)行分析和驗(yàn)證。主要的研究內(nèi)容和成果包括:
　　

2、首先，針對(duì)四旋翼無人飛行器的動(dòng)力學(xué)特性，根據(jù)牛頓定律和歐拉方程推導(dǎo)出位移和姿態(tài)的動(dòng)力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上結(jié)合Qball-X4無人機(jī)工具實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電機(jī)模型和相關(guān)器件參數(shù)建立起該無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
　　其次，分析了四旋翼無人飛行器的室內(nèi)自主飛行過程，把該過程劃分為起飛、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)軌跡飛行和降落三個(gè)階段，運(yùn)用有限狀態(tài)機(jī)原理設(shè)計(jì)了室內(nèi)自主飛行的邏輯監(jiān)控程序。
　　再次，在本文所建數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了姿態(tài)內(nèi)環(huán)和位置外環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)PID

3、控制器，并且在內(nèi)外環(huán)之間根據(jù)姿態(tài)和位置耦合關(guān)系采用導(dǎo)航系統(tǒng)采集到的偏航角進(jìn)行了控制量校正。運(yùn)用Simulink搭建四旋翼無人飛行器仿真系統(tǒng)，仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制器的有效性，之后把該控制器應(yīng)用到Qball-X4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成功實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)懸停。
　　最后，針對(duì)系統(tǒng)實(shí)際飛行過程中的環(huán)境干擾和不確定性，分高度、滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航四個(gè)通道設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)控制器，推導(dǎo)出使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制量表達(dá)式，并對(duì)其進(jìn)行了Lyapunov穩(wěn)定性分析。其后進(jìn)行了定