四旋翼飛行器控制算法設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、四旋翼飛行器的體積小、易隱蔽、重量輕，功耗低，機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)單，容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)使得四旋翼飛行器具有較廣泛的應(yīng)用范圍。但是，與此同時(shí)四旋翼飛行器系統(tǒng)也具有非線性、強(qiáng)耦合性和欠驅(qū)動(dòng)的特性，這給系統(tǒng)的控制帶來(lái)了一定的困難。
　　介紹了四旋翼飛行器的研究意義和背景，給出了飛行器的飛行原理、四旋翼飛行器的發(fā)展經(jīng)過(guò)，詳細(xì)分析和介紹了近幾年國(guó)內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀，包括主要的研究領(lǐng)域和應(yīng)用在四旋翼飛行器控制中的常見(jiàn)的控制方法。為了完成四旋翼飛

2、行器的懸停和勻速飛行的任務(wù)，對(duì)比分析了幾種姿態(tài)表示方法的優(yōu)劣，基于文中飛行器的控制姿態(tài)角都在小角度范圍內(nèi)，選擇了適合的歐拉角表示法，建立了相應(yīng)坐標(biāo)系，并以此為基礎(chǔ)對(duì)四旋翼飛行器系統(tǒng)建模。
　　因?yàn)榉蔷€性系統(tǒng)控制具有一定的困難，所以在實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到指定的位置并在該點(diǎn)懸停的任務(wù)時(shí)，選擇了將飛行器系統(tǒng)近似線性化的方法。將四旋翼飛行器系統(tǒng)進(jìn)行近似線性化，對(duì)線性化后的系統(tǒng)采用幾種線性控制方法，包括PD方法，極點(diǎn)配置法和線性

3、二次型調(diào)節(jié)器最優(yōu)設(shè)計(jì)法(LQR: Linear Quadratic Regulator)。通過(guò)Simulink仿真對(duì)比了以上幾種線性控制方法應(yīng)用在飛行器系統(tǒng)中得到的效果，并驗(yàn)證了近似線性化方法的有效性，最后將PD控制方法應(yīng)用到四旋翼飛行器的實(shí)驗(yàn)中。
　　采用雙閉環(huán)的結(jié)構(gòu)對(duì)飛行器系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)飛行器的勻速飛行。兩個(gè)控制環(huán)分別為內(nèi)環(huán)角度環(huán)和外環(huán)速度環(huán)，對(duì)內(nèi)環(huán)選用精確反饋線性化的方法，將內(nèi)環(huán)得到的輸出作為外環(huán)系統(tǒng)的控制輸入，實(shí)現(xiàn)外環(huán)