四旋翼飛行器抗風(fēng)控制研究.pdf

1、近年來，隨著材料制造和加工技術(shù)的不斷革新，控制理論和控制方法的創(chuàng)新與發(fā)展，電池電源系統(tǒng)的升級改進，還有無刷直流電機等新型電機的出現(xiàn)與發(fā)展，使得以四旋翼飛行器為代表的無人機技術(shù)得到了前所未有的進步，四旋翼飛行器作為旋翼飛行器的一種，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、機動性強等優(yōu)點，以及垂直起降和定點懸停的突出特點，四旋翼飛行器在軍事，商業(yè)以及民用各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。四旋翼飛行器在空中飛行過程中最常見的干擾就是風(fēng)的影響，由于四旋翼的體積

2、、重量一般都不大，因此風(fēng)的影響就變大了。風(fēng)場的影響主要體現(xiàn)在對四旋翼姿態(tài)控制、位置控制、航跡規(guī)劃等多方面的影響。因此對于四旋翼飛行器的抗風(fēng)性、抗干擾性的研究變得越來越重要。所以，本文針對四旋翼飛行器的抗風(fēng)控制進行了研究與分析。
　　首先對四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)進行了介紹，對其飛行原理進行了闡述與分析，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Newton-Euler方程建立出四旋翼飛行器的運動學(xué)及動力學(xué)模型，使四旋翼飛行器的飛行的復(fù)雜性能夠在所建立的動力學(xué)模型

3、中體現(xiàn)出來。接著對大氣紊流風(fēng)場的特性進行研究，建立了風(fēng)場的動力學(xué)模型，并結(jié)合動力學(xué)方程將風(fēng)場模型作為干擾項加入四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中，滿足了對飛行器在風(fēng)場干擾下的動力學(xué)特性的描述。
　　其次，對PID控制方法進行介紹和分析，基于所建立的四旋翼飛行器的動力學(xué)方程，利用PD的控制方法設(shè)計出四旋翼飛行器的控制器，并利用Matlab/Simulink軟件搭建仿真模塊，進行穩(wěn)定控制仿真試驗，分析仿真結(jié)果，然后將風(fēng)場模型加入到四旋翼飛行器控制

4、系統(tǒng)中，驗證在風(fēng)場擾動作用下PD控制器對四旋翼飛行器姿態(tài)和位置的穩(wěn)定控制效果，分析控制器性能。
　　最后對自抗擾控制方法及原理進行介紹和研究分析，將所建立的風(fēng)場模型作為擾動項加入到四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中，利用在自抗擾的控制方法重新設(shè)計控制器并進行仿真實驗，驗證自抗擾控制器在風(fēng)場擾動作用下，對四旋翼飛行器位置和姿態(tài)穩(wěn)定控制的控制效果。仿真實驗表明，與PD控制器相比，自抗擾控制器控制性能更優(yōu)，能夠有效的控制紊流風(fēng)場擾動的影響，更好的實