四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn).pdf

1、四旋翼飛行器是一種能夠垂直起降的多旋翼飛行器，它非常適合近地偵察、監(jiān)視的任務(wù)，具有廣泛的軍事和民事應(yīng)用前景。但是四旋翼飛行器控制難度較大，難點在于飛行器具有欠驅(qū)動、多變量等比較復(fù)雜的特性。因此四旋翼飛行器的建模與控制也成了控制領(lǐng)域的熱點和難點。
　　本文基于小型四旋翼飛行器在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，主要研究了四旋翼飛行器的主要分類、研究的領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用的前景等。本文以實驗室的小型四旋翼飛行器為實際對象，對四旋翼的建模和控制方法做了

2、研究。本文根據(jù)對四旋翼飛行器的機架結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特性做詳盡的分析和研究，在此基礎(chǔ)上建立四旋翼飛行器的物理模型和動力學(xué)模型。四旋翼飛行器有各種的運行狀態(tài)，比如：爬升、下降、懸停、滾轉(zhuǎn)運動、俯仰運動、偏航運動等。本文采用牛頓-歐拉模型來描述四旋翼飛行器的飛行姿態(tài)。在上述研究和分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行飛行器的建模。四旋翼飛行器的建模分為對力學(xué)模型建模(電機、機架等)，與動力學(xué)模型建模。力學(xué)模型通過測量和計算對實際的四旋翼飛行器建模。動力學(xué)建模是通過對

3、飛行器的飛行原理和各種運動狀態(tài)下的受力關(guān)系以及參考牛頓-歐拉模型建立仿真模型。
　　本文采用是PID控制，利用對動力學(xué)的分析，進(jìn)行控制算法的設(shè)計。本文主要對四旋翼飛行器進(jìn)行滾轉(zhuǎn)角控制、俯仰角控制、偏航角的控制、以及高度控制，以及飛行加速度的控制。建立四旋翼飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)與加速度的控制系統(tǒng)，驗證控制方法和算法的可行性。
　　本文根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求建立四旋翼飛行器的硬件控制平臺。硬件平臺主要包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)信息處理