四旋翼無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航與控制.pdf

1、四旋翼無(wú)人機(jī)是一種新型的可垂直起降的小型無(wú)人機(jī)，它通過(guò)改變四個(gè)對(duì)稱分布的旋翼轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整姿態(tài)與位置，具有可懸停、機(jī)動(dòng)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等多種優(yōu)點(diǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
　　論文首先對(duì)飛行機(jī)理進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了以碳纖維為主體材料的機(jī)械結(jié)構(gòu)。并以機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立了六自由度的無(wú)人機(jī)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)際的控制要求對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。分別設(shè)計(jì)了PID姿態(tài)控制器和Backstepping姿態(tài)控制器對(duì)無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制進(jìn)行了仿真，得到了在階躍控制信

2、號(hào)輸入、脈沖干擾力矩輸入以及陣風(fēng)干擾力矩輸入下的姿態(tài)角響應(yīng)曲線，驗(yàn)證了兩種算法的有效性。仿真結(jié)果表明Backstepping方法對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)這種非線性強(qiáng)耦合的系統(tǒng)具有相對(duì)較好的效果。
　　其次，根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)航姿信息的要求設(shè)計(jì)了以MEMS陀螺儀，加速度計(jì)與磁阻傳感器為基礎(chǔ)的航姿系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種基于擴(kuò)展Kalman濾波的航姿估計(jì)算法。采用四元數(shù)作為狀態(tài)變量，利用陀螺儀的輸出構(gòu)成狀態(tài)方程，通過(guò)加速度計(jì)與磁阻傳感器構(gòu)造觀測(cè)方程來(lái)進(jìn)