四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近些年來(lái)，四旋翼無(wú)人機(jī)因其操作方便、成本較低和機(jī)動(dòng)性高等特點(diǎn)受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。四旋翼無(wú)人機(jī)作為一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)非線性系統(tǒng)，在飛行過程中容易受到風(fēng)場(chǎng)的干擾，由于GPS精度不高，容易導(dǎo)致實(shí)際降落點(diǎn)偏離降落目標(biāo)。本文設(shè)計(jì)了一種四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)，并對(duì)控制算法、抗風(fēng)擾性能與高精度降落進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　(1)為進(jìn)行四旋翼無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行受力分析，通過坐標(biāo)系變換以及運(yùn)用牛頓-歐拉公式對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)建

2、立數(shù)學(xué)模型。為研究四旋翼無(wú)人機(jī)在風(fēng)場(chǎng)干擾下的運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)均值風(fēng)、陣風(fēng)和紊流風(fēng)場(chǎng)等風(fēng)場(chǎng)干擾進(jìn)行建模。
　　(2)根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型分別設(shè)計(jì)了模糊PID控制算法和滑模控制算法，搭建Simulink模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在仿真過程中加入風(fēng)場(chǎng)干擾，通過調(diào)節(jié)模糊PID隸屬度函數(shù)和削弱滑模控制中的抖振現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的性能。對(duì)傳統(tǒng)PID控制、模糊PID控制和滑?？刂七M(jìn)行仿真對(duì)比，結(jié)果表明模糊PID控制器有著更好的動(dòng)態(tài)特性，滑模控制有著更好的

3、抗風(fēng)擾性能。
　　(3)針對(duì)彩色環(huán)形靶盤設(shè)計(jì)高精度自主降落圖像處理方案，最終降落到中心。首先對(duì)顏色空間進(jìn)行討論，分析針孔成像模型和攝像頭畸變模型，并對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲取內(nèi)部參數(shù)。然后制定圓形特征檢測(cè)方案，采用Canny算子邊緣檢測(cè)和Hough圓形變換，對(duì)圓形輪廓和圓心坐標(biāo)進(jìn)行了有效識(shí)別。
　　(4)通過需求分析，搭建四旋翼無(wú)人機(jī)軟硬件平臺(tái)。選擇四旋翼無(wú)人機(jī)的零部件進(jìn)行集成，并在開源飛控基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，分析飛控代碼的軟件