基于自抗扰算法四旋翼无人机姿态控制研究

发布时间：2023-02-05 20:08

　　无人机具有占地小、价格低、效率高、性能优异等特点,因此无论应用在军方或者商用,无人机的未来都具有无限的可能。其中,最引人注目的莫过于四旋翼飞行器,四旋翼飞行器作为一种蝶形飞行器,具有众多固定翼飞行器都无法做到的功能。因此它是当前各国研制的无人机中应用次数最高、功能最广泛、研究最透彻的旋翼飞行器。四旋翼飞行器是一个复杂的欠驱动系统,无人机在室外飞行时,抗风扰是不可回避的实际问题,故无人机是否能够平稳地、具有较强的自适应能力以及快速灵活地机动飞行,其关键在于飞行控制系统稳定性能的优劣。因此,研究四旋翼飞行器的控制方法具有一定的理论意义和实用价值。本文针对四旋翼控制方法的研究如下所示:(1)首先对飞行运动原理进行了详细的介绍,对地面坐标系和机体坐标系进行了定义并阐述其两者之间的转换关系。利用其转换关系在分析四旋翼的力与力矩后,利用牛顿定律和欧拉方程建立其非线性动力学模型。(2)针对于四旋翼姿态系统,考虑到四旋翼为欠驱动系统,模型无法精确建立,飞行时存在外部不确定干扰,故本文采用自抗扰控制器(ADRC)控制,该控制器的一大优势就是不需要精确的数学模型。本文首先将其拆分为三个通道:横滚、俯仰、偏...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 四旋翼无人机技术国内外发展现状
        1.2.1 四旋翼国外研究现状
        1.2.2 四旋翼国内研究现状
    1.3 四旋翼控制方法概述
    1.4 论文的主要研究内容和结构安排
第2章 四旋翼飞行器模型
    2.1 引言
    2.2 四旋翼飞行器运动原理
    2.3 四旋翼飞行控制刚体动力学模型
        2.3.1 参考坐标系的建立
        2.3.2 坐标转换矩阵
        2.3.3 四旋翼飞行器模型建立
        2.3.4 四旋翼飞行器模型的分析
    2.4 本章小结
第3章 四旋翼飞行器串级自抗扰姿态控制方法研究
    3.1 引言
    3.2 串级ADRC控制器的设计
        3.2.1 内环控制器设计
        3.2.2 外环控制器设计
    3.3 自抗扰控制器的参数整定
        3.3.1 扩张状态观测器的参数整定
        3.3.2 非线性状态误差反馈控制器的参数整定
    3.4 仿真研究分析
        3.4.1 稳定跟踪仿真分析
        3.4.2 抗扰性仿真分析
    3.5 本章小结
第4章 四旋翼飞行器双闭环线性自抗扰和无模型自适应姿态控制研究
    4.1 引言
    4.2 四旋翼飞行器控制器设计
        4.2.1 内环线性自抗扰控制器设计
        4.2.2 外环无模型自适应控制器设计
    4.3 控制器参数整定
        4.3.1 线性自抗扰参数整定
        4.3.2 无模型自适应控制参数整定
    4.4 仿真和实验结果与分析
        4.4.1 仿真结果
        4.4.2 四旋翼飞行器实验平台
        4.4.3 实验分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3735589