微型四旋翼飛行器的建模與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，無人機的發(fā)展在研究領域與工業(yè)領域都成為了越來越引起關注的話題。四旋翼飛行器是一種由四個旋翼推動的典型無人機。四旋翼飛行器具有可以垂直起降和自由懸停的結(jié)構(gòu)，并且比固定翼飛行器具有更高的靈活性。由于這些特性，四旋翼飛行器可以廣泛應用于多個不同的領域，例如偵察與監(jiān)視，搜索與救援，室內(nèi)導航與地形測繪等。但是由于四旋翼飛行器并不具有良好的飛行穩(wěn)定性，因此其飛行控制系統(tǒng)的分析與設計一直是四旋翼飛行器眾多研究者最關注的問題之一。
　　本

2、文圍繞四旋翼飛行器的飛行控制問題，設計了兩種有效的控制算法，包括改進的比例積分微分(PID)控制和線性二次型(LQ)控制，并通過大量的計算機仿真實驗加以驗證。兩種控制器都將應用于自行設計與制作的四旋翼飛行器原型機以實現(xiàn)其姿態(tài)控制與高度控制。論文的主要研究工作和貢獻如下:
　　首先，根據(jù)牛頓定律和歐拉方程，推導出了兩種不同坐標系下的四旋翼飛行器動力學數(shù)學模型。基于該動力學模型，在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境中建立了完整的四

3、旋翼飛行器非線性仿真模型。然后在此基礎上，將PID控制方法與LQ控制方法應用于該模型的姿態(tài)控制與高度控制，使得飛行器能夠獲得平穩(wěn)的飛行姿態(tài)和飛行高度。此外，建造了一架基于Arduino微型處理器的四旋翼飛行器原型機作為飛行平臺。該原型機裝備了三軸加速度計與三軸陀螺儀，可用于在前期獲得建立仿真模型的各項參數(shù)以及在后期對控制算法進行飛行試驗測試。
　　然后，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，將四旋翼飛行器的非線性動力學仿真模型與