有纜多旋翼飛行器控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、多旋翼飛行器有著廣泛的應(yīng)用前景，在民用、軍事、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。多旋翼飛行器有著直升機(jī)一樣垂直起降、定點(diǎn)懸停的特性，但與直升機(jī)相比更具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等優(yōu)勢(shì)。相比于固定翼無人機(jī)，多旋翼飛行器具有定點(diǎn)懸停，起降空間小，低空飛行等優(yōu)點(diǎn)。但多旋翼飛行器存在自身的缺陷是續(xù)航能力不足，滯空時(shí)間很短；對(duì)于需要在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)環(huán)境下的應(yīng)用，并不能保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作用。因此需要研究一種能夠長時(shí)間的滯空停留、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在此提出有纜多

2、旋翼的研究，這樣可以解決全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)下的問題。在解決了能源不能長時(shí)間供應(yīng)的問題，多旋翼就需要一個(gè)穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在這里執(zhí)行了眾多的任務(wù)，因此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起著關(guān)鍵性作用。本系統(tǒng)以多旋翼飛行器為研究對(duì)象，展開對(duì)有纜多旋翼飛行器控制系統(tǒng)一系列的設(shè)計(jì)研究。
　　首先，對(duì)有纜多旋翼飛行器系統(tǒng)組成做簡要介紹，分析了多旋翼飛行器基本結(jié)構(gòu)與工作原理，由牛頓-歐拉定理建立了六旋翼飛行器的位移動(dòng)態(tài)方程和旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)方程；分析了纜繩的受力情

3、況，由懸垂線理論推導(dǎo)出了線纜受力模型，在此基礎(chǔ)上建立了有纜六旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，按照飛行器執(zhí)行任務(wù)及設(shè)計(jì)要求，采用了模塊化設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件和軟件。硬件設(shè)計(jì)主要是主控制器接口的設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)有系統(tǒng)總體運(yùn)行設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集及分析，采用四元數(shù)對(duì)飛行器進(jìn)行姿態(tài)解算；數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有互補(bǔ)濾波器、卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)。接下來進(jìn)行控制算法設(shè)計(jì)，分析了經(jīng)典PID控制算法，系統(tǒng)采用雙閉環(huán)串級(jí)PID控制算法