基于多信息融合的四軸飛行器控制算法研究.pdf

1、四軸無人飛行器是一種能夠垂直起降、遠(yuǎn)程遙控或自主飛行的飛行設(shè)備。近年來，隨著傳感器技術(shù)，嵌入式技術(shù)以及控制算法的不斷發(fā)展和成熟，四軸飛行器以其低成本、高性能、體積小、生存能力強(qiáng)和飛行方式多樣化等特點(diǎn)，在軍事、民用、科研和商業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
　　四軸飛行器系統(tǒng)體現(xiàn)了學(xué)科的多樣性與綜合性，涉及電機(jī)學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、導(dǎo)航原理、自動(dòng)控制原理及通信技術(shù)等，吸引了廣大研究愛好者的關(guān)注。本文以四軸無人飛行器為研究對(duì)象，介紹了四軸飛行器的研究現(xiàn)

2、狀和實(shí)際研究意義，以及發(fā)展現(xiàn)狀;以飛行器控制算法為主題，結(jié)合多傳感器信息融合策略，通過Simulink仿真和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證控制算法以及信息融合策略的有效性。
　　本文研究的主要內(nèi)容和成果包括:
　　1.在介紹四軸飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和飛行原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)四軸無人飛行器的動(dòng)力學(xué)特性，建立地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系;根據(jù)牛頓二定律以及動(dòng)量定理，給出飛行器平動(dòng)方程和轉(zhuǎn)動(dòng)方程，在此基礎(chǔ)上結(jié)合QBallX4無人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中相關(guān)技術(shù)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)

3、中的飛行特點(diǎn)，對(duì)飛行器模型進(jìn)行合理簡化。
　　2.根據(jù)飛行器數(shù)學(xué)模型，針對(duì)內(nèi)外環(huán)各自特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)控制器:為了使工程上易于實(shí)現(xiàn)，并且結(jié)合控制器的平穩(wěn)及快速等多項(xiàng)指標(biāo)，在內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)了LQR控制算法;為了克服傳統(tǒng)PID的高頻噪聲抑制能力差的問題，從輸出端引入測(cè)速反饋，在外環(huán)位置設(shè)計(jì)了微分先行PID控制器。同時(shí)根據(jù)內(nèi)外環(huán)之間控制量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出非線性約束條件。最后在Simulink上，搭建飛行器控制系統(tǒng)，對(duì)內(nèi)外環(huán)控制算法進(jìn)行整體仿真

4、驗(yàn)證。
　　3.對(duì)于四軸飛行器系統(tǒng)中存在多傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的問題，介紹了信息融合的相關(guān)內(nèi)容。針對(duì)QBallX4飛行器中的傳感器，設(shè)計(jì)位置和姿態(tài)信息融合策略，提出運(yùn)用改進(jìn)的自適應(yīng)Kalman濾波算法，對(duì)多傳感器信息進(jìn)行融合，以便得到性能更好的位置和姿態(tài)的估計(jì)。
　　4.針對(duì)提出的飛行器控制算法和傳感器信息融合策略，在QBallX4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際飛行驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證濾波算法的有效性，通過實(shí)際調(diào)節(jié)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛行器定點(diǎn)懸停和