四旋翼飞行器飞行姿态控制与测量

发布时间：2023-07-25 02:05

　　四旋翼机械结构简单对称,易于操控和维护,体积小而轻盈灵活,广泛应用于军事、商业、影视等领域。通过输入智能算法赋予其生命,使飞行器越来越现代化和智能化,同时与之相对应的是对飞行器控制的实时性、精确性和飞行器姿态稳定性的要求亦随之提高。对于飞行器控制的精确性和姿态稳定性的研究一直以来都是国内外研究的难点和热点。本文对四旋翼飞行器进行数学建模、算法优化及其仿真,最后在实际实验平台验证了本文方法的有效性。首先对国内外四旋翼的飞行控制算法及姿态滤波算法进行分析比较,并在理解飞行器飞行原理的基础上,建立飞行器机体坐标系、惯性坐标系,根据牛顿第二定律及力矩平衡原理建立飞行器运动学和动力学模型。根据各传感器原理,建立传感器数学模型,通过上位机采集数据,对传感器进行校准。其次,对飞行器姿态滤波算法进行优化,在理解EKF算法的基础上,对EKF进行优化处理,采用两个并行的EKF对获得的姿态进行处理,并对两个EKF的输出数据进行加权处理。最后可输出飞行器最优姿态。将共轭PID控制算法与改进EKF(IEKF)算法结合,共轭PID控制的飞行器输出的姿态作为IEKF的姿态信息,二者有效结合,可以实时调整PID三参数...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 四旋翼飞行姿态控制研究现状
        1.2.2 四旋翼飞行器姿态测量滤波算法研究现状
    1.3 论文解决的技术难点
    1.4 章节安排
第二章 四旋翼飞行器理论模型
    2.1 四旋翼飞行原理与飞行姿态的研究
        2.1.1 垂直方向运动
        2.1.2 横滚运动
        2.1.3 俯仰运动
        2.1.4 偏航运动
    2.2 坐标系的转换
    2.3 动力学与运动学建模
    2.4 传感器模型
        2.4.1 陀螺仪
        2.4.2 加速度
        2.4.3 超声波测距仪
    2.5 本章小结
第三章 EKF算法优化-IEKF算法
    3.1 扩展卡尔曼滤波器
    3.2 IEKF算法
    3.3 IEKF在飞行器上具体应用
    3.4 IEKF的仿真实验
    3.5 本章小结
第四章 基于IEKF的共轭PID对四旋翼姿态解算的研究
    4.1 基于IEKF的共轭PID控制算法
    4.2 IEKF-CPID算法仿真实验
    4.3 本章总结
第五章 优化算法在四旋翼飞行器系统中的实验
    5.1 实验平台介绍
        5.1.1 飞行器机身结构
        5.1.2 飞行器动力系统
    5.2 优化算法在四旋翼飞行器系统中的实验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 未来工作讨论
参考文献
致谢
研究成果



本文编号：3836955