四旋翼無人機(jī)自主控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無人機(jī)通常是指無人駕駛，可以利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，主要包括固定翼式和旋翼式兩類。固定翼式無人機(jī)飛行器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，與之相比旋翼式無人機(jī)的研究還并不充分，但旋翼式無人機(jī)具有很多不可替代的優(yōu)勢(shì)，如垂直起降能力；懸停、倒飛、側(cè)飛等更多的飛行姿態(tài)；環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)。其中，小型四旋翼無人機(jī)作為一種常見的旋翼式飛行器正受到越來越多的關(guān)注，成為近年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　 本文設(shè)計(jì)完成了一套四旋翼無

2、人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)在懸停狀態(tài)下，滾轉(zhuǎn)角、俯仰角和水平方向位置共四個(gè)自由度的自動(dòng)控制，并通過飛行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文中提出的設(shè)計(jì)。本文的主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面：
　　 (1)設(shè)計(jì)了自主控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)。在充分考慮了四旋翼無人機(jī)的特性和負(fù)載能力的前提下，本文選擇了符合要求，性能較好的四旋翼飛行器本體、機(jī)載控制器、機(jī)載傳感器，并對(duì)四旋翼無人機(jī)的遙控信號(hào)進(jìn)行分析，完成了控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程，解決了機(jī)載設(shè)備間的串口通

3、訊問題。
　　 (2)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了非線性控制算法。在分析四旋翼無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其欠驅(qū)動(dòng)、非線性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了內(nèi)外環(huán)控制算法，將非線性系統(tǒng)分解為兩個(gè)線性子系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)間通過非線性關(guān)系連接，其中外環(huán)控制飛機(jī)位置，內(nèi)環(huán)控制飛機(jī)姿態(tài)，兩個(gè)線性子系統(tǒng)均采用PD控制，并用C++程序完成了控制算法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。
　　 (3)完成數(shù)值仿真和飛行實(shí)驗(yàn)。文中介紹了控制程序的基本流程，對(duì)控制算法進(jìn)行了MATLAB/Si