四旋翼飛行器建模與控制方法的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、四旋翼飛行器是一種電動(dòng)的、能夠垂直起降的、多旋翼式遙控自主飛行器。它在總體布局形式上屬于非共軸式碟形飛行器,與常規(guī)旋翼式飛行器相比,其特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)與飛行動(dòng)力學(xué)特性,在科技研究應(yīng)用中有著重要意義。本文以四旋翼飛行器為研究對(duì)象,主要在四旋翼飛行器的六自由度動(dòng)力學(xué)建模,以及在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)欠驅(qū)動(dòng)控制的非線性控制方法的研究等兩個(gè)方面展開了研究。
  研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
  首先,根據(jù)六自由度的四旋翼飛行器的機(jī)體組成

2、、運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理,建立了描述四旋翼飛行器飛行運(yùn)動(dòng)的機(jī)體坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系,并給出了兩個(gè)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣;再根據(jù)四旋翼飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)模型以及空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí),由牛頓歐拉定理推導(dǎo)出了六自由度四旋翼飛行器的全狀態(tài)非線性動(dòng)力學(xué)方程。最后,根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并在忽略彈性形變、空氣擾動(dòng)等外部干擾的情況下對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?br>  其次,根據(jù)前面簡化了模型,分析了四旋翼飛行器的欠驅(qū)動(dòng)特性,據(jù)此提出了一種雙控制回路,六子系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)控

3、制策略,再根據(jù)選擇的系統(tǒng)狀態(tài)變量與控制輸入,得到了滿足嚴(yán)格反饋形式的系統(tǒng)方程,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于分步Backstepping方法的四旋翼飛行器飛行控制器。該控制器能夠無穩(wěn)態(tài)誤差地實(shí)現(xiàn)各姿態(tài)鎮(zhèn)定、定點(diǎn)到達(dá)、位置與偏航角軌跡跟蹤。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)控制器的有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。
  再次,為了解決系統(tǒng)模型誤差對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響問題以及四旋翼飛行器對(duì)外擾動(dòng)敏感的問題,引入系統(tǒng)模型誤差估計(jì)器和誤差積分項(xiàng),將Backstepping方法應(yīng)用于

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