小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、旋翼式飛行器因其起飛和降落所需空間較少，在障礙物密集環(huán)境下的操控性較高，以及飛行器姿態(tài)保持能力較強的優(yōu)點，在民用和軍事領域都有廣泛的應用前景。其中，小型四旋翼飛行器的研究近年來日趨成熟，并為自動控制，先進傳感技術以及計算機科學等諸多技術領域的融合研究提供了一個平臺。在空中機器人智能控制，三維路徑規(guī)劃，多飛行器空中交通管理和碰撞規(guī)避等方面，小型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)都具有很高的研究價值。本文對小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)的設計進行了研究。主

2、要內(nèi)容如下： ⑴小型四旋翼飛行器動力學建模：將四旋翼飛行器看作剛體，選取影響飛行器運動的關鍵受力和力矩，之后根據(jù)牛頓定律和歐拉方程，推導出關于三個平動位移量和三個轉動位移量的動力學方程。 ⑵基于經(jīng)典PID算法的四旋翼飛行器系統(tǒng)的控制：設計了一個基于經(jīng)典PID算法的控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，將整個控制結構分為內(nèi)環(huán)控制（姿態(tài)控制）和外環(huán)控制（飛行位置控制）兩個閉合環(huán)路，分別進行設計。該控制系統(tǒng)可使飛行器準確飛抵目標位置，并在該位

3、置保持盤旋狀態(tài)下的穩(wěn)定。 ⑶基于Backstepping方法的四旋翼飛行器系統(tǒng)的控制：根據(jù)四旋翼飛行器系統(tǒng)的狀態(tài)方程，運用Backstepping方法推導出使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制量表達式。仿真結果顯示，該控制器與基于經(jīng)典PID算法的控制器相比，在系統(tǒng)響應超調(diào)，上升時間和穩(wěn)定時間三個方面均有明顯改善。 ⑷基于Backstepping方法的四旋翼飛行器系統(tǒng)的自適應控制：在之前設計的基于Backstepping方法的控制器的基礎上，