基于Qball-X4四旋翼無人機的飛行控制算法研究.pdf

1、四旋翼無人機是種結構對稱、機動靈活的飛行器，可通過分別控制四個旋翼的轉速，實現各種飛行姿態(tài)，包括垂直起降和空中懸停等多種特殊飛行姿態(tài)，在軍事和民用市場有很大的應用前景。但由于其非線性、多變量、耦合性以及欠驅動等特性，大大增加了研究難度。本文基于Quanser公司開發(fā)的Qball-X4無人機在控制器設計相關問題上做了研究和分析。
　　首先，本文分析了四旋翼無人機的結構特點和飛行機理，然后結合Qball-X4的自身參數建立了其非線性動

2、力學模型。根據室內小角度飛行的特點簡化模型，并分析了四旋翼無人機動力學模型具有的一些特性。
　　其次，利用線性二次型調節(jié)器(LQR)調節(jié)PID控制參數的方法設計控制器。以線性模型的狀態(tài)空間形式為被控對象，加上LQR-PID控制器構建由位置和姿態(tài)角組成的雙閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。為了能在控制器中引入積分器，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，本文建設性的在模型中添加了一個狀態(tài)量。接著在仿真環(huán)境下做了懸停飛行和螺旋上升飛行實驗，驗證了該控制器的飛行性能。<

3、br>　　再次，考慮實現飛行環(huán)境的復雜性，提高控制系統(tǒng)的魯棒性，研究了H∞回路成形控制器設計方法。這種方法是建立在對范數、系統(tǒng)正規(guī)化互質因子不確定性以及魯棒性進行定量數學描述的基礎上，通過整形系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線來保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的魯棒性能及控制品質的一種設計方法，這種方法能很好的實現系統(tǒng)魯棒性能和魯棒穩(wěn)定性間的折中。最后對降階后的控制器做了仿真實驗，各性能指標均達到預設目標。
　　最后，簡要介紹了Qball-X4四旋翼無人機系統(tǒng)