四旋翼无人机姿态的自抗扰控制算法研究
发布时间：2022-09-27 18:18
四旋翼无人机又称四旋翼、四转子,是一种多轴飞行器。通过4个旋翼提供的推力使无人机升空或维持姿态,实现悬停和飞行。因4个旋翼大小相同,分布位置接近对称,四旋翼无人机仅仅通过调整不同旋翼之间的相对速度来调节不同位置的推力,并克服每个旋翼之间的反扭力矩,就可以控制飞机维持姿态或完成各种机动飞行。针对四旋翼无人机姿态控制,常用方法为PID控制,但PID控制存在超调量大或扰动抑制不明显等缺陷。为此,本文采用自抗扰控制完成了如下几种姿态控制算法的研究:1.针对非线性自抗扰控制的控制参数多且不能自整定的缺陷,为进一步提高控制的有效性和精度,在结合四旋翼无人机自身特性的基础上,本文提出一种附加惯性项人群搜索算法与自抗扰控制结合的姿态控制算法。对搜索步长和方向的惯性系数的选取方法进行修改,来实现四旋翼无人机在受干扰情况下飞行过程的姿态控制。仿真结果表明:该方法与人群搜索算法优化自抗扰控制和自抗扰控制相比,提高了控制系统的动态响应、抗扰性和鲁棒性,从而对于提高四旋翼无人机的姿态控制具有良好的参考价值;2.四旋翼无人机易受到非线性和不确定性因素干扰等原因的影响,使得姿态的稳定控制成为难点。为解决由线性控制带...
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究状况
1.3 四旋翼无人机姿态控制技术研究现状
1.3.1 PID控制
1.3.2 滑模控制
1.3.3 鲁棒控制
1.3.4 自适应控制
1.3.5 自抗扰控制
1.4 本文的课题来源、组织结构和创新点
1.4.1 本文的课题来源
1.4.2 本文的组织结构
1.4.3 本文的创新点
第2章 四旋翼无人机的飞行原理和数学建模
2.1 引言
2.2 四旋翼无人机的系统组成和飞行原理
2.2.1 四旋翼无人机的系统组成
2.2.2 四旋翼无人机的飞行原理
2.3 四旋翼无人机的数学建模
2.3.1 四旋翼无人机的线运动方程
2.3.2 四旋翼无人机的角运动方程
2.3.3 四旋翼无人机的非线性动力学方程
2.4 本章小结
第3章 自抗扰控制概述
3.1 引言
3.2 自抗扰控制概述
3.3 非线性自抗扰控制
3.3.1 非线性自抗扰控制器概述
3.3.2 非线性自抗扰核心算法
3.4 线性自抗扰控制
3.4.1 线性自抗扰控制器概述
3.4.2 线性自抗扰控制核心算法
3.5 本章小结
第4章 基于附加惯性项人群搜索算法的四旋翼无人机姿态控制
4.1 引言
4.2 附加惯性项人群搜索算法改进自抗扰控制器
4.2.1 附加惯性项人群搜索算法自整定原理
4.2.2 附加惯性项的人群搜索算法
4.3 基于附加惯性项人群搜搜算法的四旋翼无人机飞行姿态仿真实验
4.3.1 控制器整体性能实验
4.3.2 不确定情况下的稳定性实验
4.4 本章小结
第5章 四旋翼无人机姿态非线性控制
5.1 引言
5.2 四旋翼无人机简化动力学模型
5.3 四旋翼无人机姿态非线性控制方法
5.3.1 控制结构设计
5.3.2 位置控制律设计
5.3.3 姿态角控制律设计
5.3.4 跟踪-微分观测器设计
5.4 四旋翼无人机姿态非线性控制的仿真实验
5.4.1 内环控制实验
5.4.2 外环控制实验
5.4.3 飞行过程模拟实验
5.5 本章小结
第6章 四旋翼无人机滑模自抗扰控姿态控制
6.1 引言
6.2 四旋翼无人机改进简化动力学模型
6.3 滑模自抗扰控制
6.3.1 扩张状态观测器及姿态控制器设计
6.3.2 姿态控制器稳定性证明
6.3.3 跟踪-微分观测器设计
6.4 四旋翼无人机滑模自抗扰控制仿真实验
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 未来工作展望
参考文献
攻读硕士期间参与的课题研究及取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机演变与发展研究综述[J]. 卢俊文,王倩营. 飞航导弹. 2017(11)
[2]四旋翼无人机反步自适应容错控制研究[J]. 范佳明,陈奕梅. 计算机仿真. 2017(07)
[3]基于附加惯性项BP神经网络的四旋翼无人机姿态控制研究[J]. 钟海鑫,丘森辉,罗晓曙,唐堂,杨力,赵帅. 广西师范大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]无人机自主控制关键技术新进展[J]. 张友民,余翔,屈耀红,刘丁. 科技导报. 2017(07)
[5]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[6]基于视觉伺服的小型四旋翼无人机自主飞行控制研究进展[J]. 吕强,马建业,王国胜,林辉灿,梁冰. 科技导报. 2016(24)
[7]基于改进精英蚁群系统算法的四旋翼无人机姿态控制研究[J]. 钟海鑫,罗晓曙,赵帅,杨力,唐堂. 广西师范大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]基于滑模控制的四旋翼无人机自适应跟踪控制[J]. 刘凯悦,冷建伟. 飞行力学. 2017(01)
[9]基于高增益观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制[J]. 王锐,刘金琨. 飞行力学. 2017(01)
[10]四旋翼姿态的反步滑模自抗扰控制及稳定性[J]. 窦景欣,孔祥希,闻邦椿. 东北大学学报(自然科学版). 2016(10)
博士论文
[1]四旋翼飞行机器人高性能轨迹生成与抗扰追踪控制技术研究[D]. 董伟.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]四旋翼无人机非线性控制研究[D]. 贺海鹏.东南大学 2015
[2]基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现[D]. 江哲.华东理工大学 2015
[3]一种四旋翼无人机控制系统的设计与实现研究[D]. 姜成平.哈尔滨工业大学 2014
[4]微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 国倩倩.吉林大学 2013
[5]微型四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 郭晓鸿.南京航空航天大学 2012
[6]四旋翼碟形飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 王俊生.国防科学技术大学 2007
[7]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
[8]基于动态逆方法的飞行控制系统设计与仿真[D]. 杜金刚.西北工业大学 2006
本文编号：3681375
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究状况
1.3 四旋翼无人机姿态控制技术研究现状
1.3.1 PID控制
1.3.2 滑模控制
1.3.3 鲁棒控制
1.3.4 自适应控制
1.3.5 自抗扰控制
1.4 本文的课题来源、组织结构和创新点
1.4.1 本文的课题来源
1.4.2 本文的组织结构
1.4.3 本文的创新点
第2章 四旋翼无人机的飞行原理和数学建模
2.1 引言
2.2 四旋翼无人机的系统组成和飞行原理
2.2.1 四旋翼无人机的系统组成
2.2.2 四旋翼无人机的飞行原理
2.3 四旋翼无人机的数学建模
2.3.1 四旋翼无人机的线运动方程
2.3.2 四旋翼无人机的角运动方程
2.3.3 四旋翼无人机的非线性动力学方程
2.4 本章小结
第3章 自抗扰控制概述
3.1 引言
3.2 自抗扰控制概述
3.3 非线性自抗扰控制
3.3.1 非线性自抗扰控制器概述
3.3.2 非线性自抗扰核心算法
3.4 线性自抗扰控制
3.4.1 线性自抗扰控制器概述
3.4.2 线性自抗扰控制核心算法
3.5 本章小结
第4章 基于附加惯性项人群搜索算法的四旋翼无人机姿态控制
4.1 引言
4.2 附加惯性项人群搜索算法改进自抗扰控制器
4.2.1 附加惯性项人群搜索算法自整定原理
4.2.2 附加惯性项的人群搜索算法
4.3 基于附加惯性项人群搜搜算法的四旋翼无人机飞行姿态仿真实验
4.3.1 控制器整体性能实验
4.3.2 不确定情况下的稳定性实验
4.4 本章小结
第5章 四旋翼无人机姿态非线性控制
5.1 引言
5.2 四旋翼无人机简化动力学模型
5.3 四旋翼无人机姿态非线性控制方法
5.3.1 控制结构设计
5.3.2 位置控制律设计
5.3.3 姿态角控制律设计
5.3.4 跟踪-微分观测器设计
5.4 四旋翼无人机姿态非线性控制的仿真实验
5.4.1 内环控制实验
5.4.2 外环控制实验
5.4.3 飞行过程模拟实验
5.5 本章小结
第6章 四旋翼无人机滑模自抗扰控姿态控制
6.1 引言
6.2 四旋翼无人机改进简化动力学模型
6.3 滑模自抗扰控制
6.3.1 扩张状态观测器及姿态控制器设计
6.3.2 姿态控制器稳定性证明
6.3.3 跟踪-微分观测器设计
6.4 四旋翼无人机滑模自抗扰控制仿真实验
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 未来工作展望
参考文献
攻读硕士期间参与的课题研究及取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机演变与发展研究综述[J]. 卢俊文,王倩营. 飞航导弹. 2017(11)
[2]四旋翼无人机反步自适应容错控制研究[J]. 范佳明,陈奕梅. 计算机仿真. 2017(07)
[3]基于附加惯性项BP神经网络的四旋翼无人机姿态控制研究[J]. 钟海鑫,丘森辉,罗晓曙,唐堂,杨力,赵帅. 广西师范大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]无人机自主控制关键技术新进展[J]. 张友民,余翔,屈耀红,刘丁. 科技导报. 2017(07)
[5]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[6]基于视觉伺服的小型四旋翼无人机自主飞行控制研究进展[J]. 吕强,马建业,王国胜,林辉灿,梁冰. 科技导报. 2016(24)
[7]基于改进精英蚁群系统算法的四旋翼无人机姿态控制研究[J]. 钟海鑫,罗晓曙,赵帅,杨力,唐堂. 广西师范大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]基于滑模控制的四旋翼无人机自适应跟踪控制[J]. 刘凯悦,冷建伟. 飞行力学. 2017(01)
[9]基于高增益观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制[J]. 王锐,刘金琨. 飞行力学. 2017(01)
[10]四旋翼姿态的反步滑模自抗扰控制及稳定性[J]. 窦景欣,孔祥希,闻邦椿. 东北大学学报(自然科学版). 2016(10)
博士论文
[1]四旋翼飞行机器人高性能轨迹生成与抗扰追踪控制技术研究[D]. 董伟.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]四旋翼无人机非线性控制研究[D]. 贺海鹏.东南大学 2015
[2]基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现[D]. 江哲.华东理工大学 2015
[3]一种四旋翼无人机控制系统的设计与实现研究[D]. 姜成平.哈尔滨工业大学 2014
[4]微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 国倩倩.吉林大学 2013
[5]微型四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 郭晓鸿.南京航空航天大学 2012
[6]四旋翼碟形飞行器控制系统设计及控制方法研究[D]. 王俊生.国防科学技术大学 2007
[7]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
[8]基于动态逆方法的飞行控制系统设计与仿真[D]. 杜金刚.西北工业大学 2006
本文编号：3681375
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3681375.html
