四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、四旋翼飛行器是一種電動(dòng)的、能夠垂直起降的多旋翼式遙控或者自主飛行器。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、定點(diǎn)降落、懸停等特點(diǎn)。隨著科技水平的進(jìn)步，四旋翼飛行器的發(fā)展已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于航拍、森林防火、偵查、救援等民用和軍用領(lǐng)域。本文采用PID控制算法和線性自抗擾控制算法分別設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。
　　本文對(duì)于四旋翼飛行器的控制問(wèn)題，分析了四旋翼飛行器的工作原理，描述了地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系，根據(jù)牛頓-歐拉方程建立了四

2、旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型。用四元數(shù)法表示四旋翼飛行器的姿態(tài)角，并基于互補(bǔ)濾波數(shù)據(jù)融合算法設(shè)計(jì)了慣性測(cè)量單元模塊來(lái)估計(jì)姿態(tài)角;介紹了實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的Smart-QR飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)組成和其整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
　　首先采用串級(jí)PID控制算法來(lái)設(shè)計(jì)四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。將控制系統(tǒng)劃分俯仰、橫滾、偏航和高度四個(gè)通道，每個(gè)通道都設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的串級(jí)PID控制器，其中外環(huán)回路和內(nèi)環(huán)回路分別是姿態(tài)角控制回路和角速度控制回路。在Matlab/

3、simulink環(huán)境構(gòu)建飛行器的控制系統(tǒng)，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制算法的有效性以及抗擾性;在Keil MDK開發(fā)環(huán)境編寫程序，并下載到Smart-QR飛行器的微處理器中，在線整定PID參數(shù)，通過(guò)實(shí)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了其有效性。
　　由于Smart-QR飛行器可能會(huì)掛載其它設(shè)備，已經(jīng)整定好的PID參數(shù)就需要重新整定。因此，采用了基于線性自抗擾控制器來(lái)設(shè)計(jì)四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。為了避免大誤差，設(shè)計(jì)了跟蹤微分器為輸入安排合理的過(guò)渡過(guò)程;設(shè)計(jì)了