四旋翼无人飞行器轨迹跟踪的非线性控制
发布时间：2022-02-18 21:17
四旋翼无人飞行器以其轻巧灵活,控制方便且成本低等特点,在民用和军用领域的应用在逐渐增长,并得到人们越来越广泛的关注。其中轨迹跟踪控制是四旋翼无人飞行器飞行的基础,也是其控制的关键技术之一。为了提高四旋翼无人飞行器跟踪期望轨迹的精度,实现更精确的飞行跟踪控制,本文设计了一种基于积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器并进行了实际飞行实验的验证;为了提高轨迹跟踪控制器的抗干扰能力,设计了一种基于自适应积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器,并进行了仿真实验验证。首先,对四旋翼无人飞行器的执行机构和六自由度动力学模型进行数学建模。在所建立的数学模型的基础上,设计了四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪控制系统。该系统将执行机构环节作为一个响应较快的单独回路,把四旋翼受到的力和力矩作为数学模型的控制输入,并根据执行机构的模型,解算出所需要的实际电机控制信号,然后分配给各个电机,相比传统的四旋翼无人飞行器控制系统设计更加贴近工程实际。其次,将四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪控制分成姿态控制和位置控制,分别基于积分型反步法设计了相应的控制器,并进行了姿态控制和位置控制的阶跃响应仿真实验,验证所设计控制器相比于传统PID控制器...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省211工程院校
【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 课题背景及研究意义
1.2 四旋翼无人飞行器轨迹跟踪控制的研究现状
1.3 本文研究内容
第2章 四旋翼无人飞行器的数学模型及控制系统结构
2.1 引言
2.2 执行机构模型
2.3 动力学建模
2.3.1 坐标系及欧拉角表示
2.3.2 飞行控制原理
2.3.3 六自由度动力学模型
2.4 四旋翼无人飞行器控制系统结构
2.4.1 控制通道设计
2.4.2 控制量分配
2.5 本章小结
第3章 积分型反步法轨迹跟踪控制器设计
3.1 引言
3.2 姿态控制器设计
3.2.1 横滚角控制器设计
3.2.2 稳定性分析
3.3 位置控制器设计
3.4 姿态角和位置的阶跃响应仿真结果分析
3.4.1 基于积分型反步法的姿态角阶跃响应仿真结果分析
3.4.2 姿态角控制环节对位置环节的影响分析
3.4.3 基于积分型反步法的位置阶跃响应仿真结果分析
3.5 基于积分型反步法的四旋翼无人飞行器轨迹跟踪仿真结果分析
3.6 本章小结
第4章 自适应积分型反步法轨迹跟踪控制器设计
4.1 引言
4.2 基于自适应积分型反步法的姿态控制器设计
4.3 基于自适应积分型反步法的位置控制器设计
4.4 基于自适应积分型反步法的姿态角和位置阶跃响应仿真结果分析
4.4.1 基于自适应积分型反步法的姿态角阶跃响应
4.4.2 基于自适应积分型反步法的位置阶跃响应
4.5 基于自适应积分型反步法的四旋翼无人飞行器轨迹跟踪仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 飞行实验平台及实验结果分析
5.1 引言
5.2 飞行实验平台
5.2.1 四旋翼无人飞行器QBall2和室内定位系统
5.2.2 实时控制系统QUARC
5.3 实际飞行实验及结果分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间公开发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼无人飞行器控制算法设计[J]. 赵玥,陈奕梅. 计算机工程与应用. 2017(21)
[2]四旋翼无人系统的容错控制算法设计与实现（英文）[J]. 张友民,余翔,王斑,刘丁. 控制工程. 2016(12)
[3]基于SMC的四旋翼无人机抗风扰研究[J]. 许喆. 电光与控制. 2017(01)
[4]基于滑模控制器的四旋翼飞行器控制[J]. 杨兴明,李文静. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2016(07)
[5]浅谈四旋翼飞行器的技术发展方向[J]. 赵敏. 科技创新与应用. 2016(16)
[6]基于干扰观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪鲁棒控制[J]. 杨柳,刘金琨. 飞行力学. 2015(04)
[7]四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计[J]. 林旭梅,王婵. 仪器仪表学报. 2015(07)
[8]解密多旋翼发展进程[J]. 全权. 机器人产业. 2015(02)
[9]无人机在海上搜救中的应用探索[J]. 赵金赛,米伟,白树祥. 中国海事. 2014(08)
[10]四旋翼飞行器模糊PID姿态控制[J]. 张镭,李浩. 计算机仿真. 2014(08)
硕士论文
[1]带有约束的飞控系统的容错保性能控制[D]. 赵璟.南京航空航天大学 2016
[2]四旋翼飞行器控制与实现[D]. 米培良.大连理工大学 2015
[3]四旋翼飞行器飞行控制研究[D]. 许云清.厦门大学 2014
[4]四旋翼飞行器导航及控制技术研究[D]. 马远超.哈尔滨工程大学 2013
[5]小型四旋翼飞行器实时控制系统研究[D]. 李航.大连理工大学 2010
[6]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
[7]四旋翼直升机控制问题研究[D]. 王树刚.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3631568
【文章来源】：大连海事大学辽宁省211工程院校
【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 课题背景及研究意义
1.2 四旋翼无人飞行器轨迹跟踪控制的研究现状
1.3 本文研究内容
第2章 四旋翼无人飞行器的数学模型及控制系统结构
2.1 引言
2.2 执行机构模型
2.3 动力学建模
2.3.1 坐标系及欧拉角表示
2.3.2 飞行控制原理
2.3.3 六自由度动力学模型
2.4 四旋翼无人飞行器控制系统结构
2.4.1 控制通道设计
2.4.2 控制量分配
2.5 本章小结
第3章 积分型反步法轨迹跟踪控制器设计
3.1 引言
3.2 姿态控制器设计
3.2.1 横滚角控制器设计
3.2.2 稳定性分析
3.3 位置控制器设计
3.4 姿态角和位置的阶跃响应仿真结果分析
3.4.1 基于积分型反步法的姿态角阶跃响应仿真结果分析
3.4.2 姿态角控制环节对位置环节的影响分析
3.4.3 基于积分型反步法的位置阶跃响应仿真结果分析
3.5 基于积分型反步法的四旋翼无人飞行器轨迹跟踪仿真结果分析
3.6 本章小结
第4章 自适应积分型反步法轨迹跟踪控制器设计
4.1 引言
4.2 基于自适应积分型反步法的姿态控制器设计
4.3 基于自适应积分型反步法的位置控制器设计
4.4 基于自适应积分型反步法的姿态角和位置阶跃响应仿真结果分析
4.4.1 基于自适应积分型反步法的姿态角阶跃响应
4.4.2 基于自适应积分型反步法的位置阶跃响应
4.5 基于自适应积分型反步法的四旋翼无人飞行器轨迹跟踪仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 飞行实验平台及实验结果分析
5.1 引言
5.2 飞行实验平台
5.2.1 四旋翼无人飞行器QBall2和室内定位系统
5.2.2 实时控制系统QUARC
5.3 实际飞行实验及结果分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间公开发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼无人飞行器控制算法设计[J]. 赵玥,陈奕梅. 计算机工程与应用. 2017(21)
[2]四旋翼无人系统的容错控制算法设计与实现（英文）[J]. 张友民,余翔,王斑,刘丁. 控制工程. 2016(12)
[3]基于SMC的四旋翼无人机抗风扰研究[J]. 许喆. 电光与控制. 2017(01)
[4]基于滑模控制器的四旋翼飞行器控制[J]. 杨兴明,李文静. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2016(07)
[5]浅谈四旋翼飞行器的技术发展方向[J]. 赵敏. 科技创新与应用. 2016(16)
[6]基于干扰观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪鲁棒控制[J]. 杨柳,刘金琨. 飞行力学. 2015(04)
[7]四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计[J]. 林旭梅,王婵. 仪器仪表学报. 2015(07)
[8]解密多旋翼发展进程[J]. 全权. 机器人产业. 2015(02)
[9]无人机在海上搜救中的应用探索[J]. 赵金赛,米伟,白树祥. 中国海事. 2014(08)
[10]四旋翼飞行器模糊PID姿态控制[J]. 张镭,李浩. 计算机仿真. 2014(08)
硕士论文
[1]带有约束的飞控系统的容错保性能控制[D]. 赵璟.南京航空航天大学 2016
[2]四旋翼飞行器控制与实现[D]. 米培良.大连理工大学 2015
[3]四旋翼飞行器飞行控制研究[D]. 许云清.厦门大学 2014
[4]四旋翼飞行器导航及控制技术研究[D]. 马远超.哈尔滨工程大学 2013
[5]小型四旋翼飞行器实时控制系统研究[D]. 李航.大连理工大学 2010
[6]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
[7]四旋翼直升机控制问题研究[D]. 王树刚.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3631568
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