四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、四旋翼飛行器是一種電動的、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)簡單、造價低廉、定點降落、懸停等特點。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)計了四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。
　　本文對于四旋翼飛行器的控制問題，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)計了慣性測量單元模塊來估計姿態(tài)角;介紹了實驗室自主研發(fā)的Smart-QR飛行器實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)組成和其整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
　　首先采用串級PID控制算法來設(shè)計四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。將控制系統(tǒng)劃分俯仰、橫滾、偏航和高度四個通道，每個通道都設(shè)計一個單獨的串級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)，仿真實驗驗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)，通過實物實驗進(jìn)一步驗證了其有效性。
　　由于Smart-QR飛行器可能會掛載其它設(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設(shè)計四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。為了避免大誤差，設(shè)計了跟蹤微分器為輸入安排合理的過渡過程;設(shè)計了