基于Qball-X4四旋翼無(wú)人機(jī)的飛行控制算法研究.pdf

1、四旋翼無(wú)人機(jī)是種結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、機(jī)動(dòng)靈活的飛行器，可通過(guò)分別控制四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)各種飛行姿態(tài)，包括垂直起降和空中懸停等多種特殊飛行姿態(tài)，在軍事和民用市場(chǎng)有很大的應(yīng)用前景。但由于其非線性、多變量、耦合性以及欠驅(qū)動(dòng)等特性，大大增加了研究難度。本文基于Quanser公司開(kāi)發(fā)的Qball-X4無(wú)人機(jī)在控制器設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題上做了研究和分析。
　　首先，本文分析了四旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和飛行機(jī)理，然后結(jié)合Qball-X4的自身參數(shù)建立了其非線性動(dòng)

2、力學(xué)模型。根據(jù)室內(nèi)小角度飛行的特點(diǎn)簡(jiǎn)化模型，并分析了四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型具有的一些特性。
　　其次，利用線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)調(diào)節(jié)PID控制參數(shù)的方法設(shè)計(jì)控制器。以線性模型的狀態(tài)空間形式為被控對(duì)象，加上LQR-PID控制器構(gòu)建由位置和姿態(tài)角組成的雙閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。為了能在控制器中引入積分器，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，本文建設(shè)性的在模型中添加了一個(gè)狀態(tài)量。接著在仿真環(huán)境下做了懸停飛行和螺旋上升飛行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該控制器的飛行性能。<

3、br>　　再次，考慮實(shí)現(xiàn)飛行環(huán)境的復(fù)雜性，提高控制系統(tǒng)的魯棒性，研究了H∞回路成形控制器設(shè)計(jì)方法。這種方法是建立在對(duì)范數(shù)、系統(tǒng)正規(guī)化互質(zhì)因子不確定性以及魯棒性進(jìn)行定量數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，通過(guò)整形系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性曲線來(lái)保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的魯棒性能及控制品質(zhì)的一種設(shè)計(jì)方法，這種方法能很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)魯棒性能和魯棒穩(wěn)定性間的折中。最后對(duì)降階后的控制器做了仿真實(shí)驗(yàn)，各性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)。
　　最后，簡(jiǎn)要介紹了Qball-X4四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)