四旋翼無人機(jī)自動(dòng)著陸位姿控制策略研究.pdf

1、近年來四旋翼無人機(jī)發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。但是電動(dòng)無人機(jī)的續(xù)航能力受到電池的制約，運(yùn)行時(shí)間短，充電過程需要人工干預(yù)，從而限制了它的應(yīng)用范圍。因此對無人機(jī)自動(dòng)充電技術(shù)進(jìn)行研究，以達(dá)到無人機(jī)長時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的目的。
　　自動(dòng)著陸技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文針對四旋翼無人機(jī)自動(dòng)著陸的位置和姿態(tài)控制策略進(jìn)行研究，提出了GPS+計(jì)算機(jī)視覺導(dǎo)航的控制方法。
　　首先，對四旋翼無人機(jī)的自動(dòng)充電裝置進(jìn)行總體規(guī)劃，采用GPS粗

2、定位引導(dǎo)無人機(jī)到達(dá)充電平臺(tái)上方，當(dāng)充電平臺(tái)進(jìn)入計(jì)算機(jī)視覺范圍內(nèi)時(shí)，改由計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行精確定位，從而引導(dǎo)四旋翼無人機(jī)降落至充電平臺(tái)。對著陸平臺(tái)的識(shí)別提出了“飛行控制器+視覺服務(wù)器”的雙核心架構(gòu)模式用來保證系統(tǒng)的性能需求。闡述了四旋翼無人機(jī)進(jìn)行自動(dòng)充電的總體運(yùn)行機(jī)制，根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計(jì)著陸標(biāo)志及論證任務(wù)開始執(zhí)行時(shí)需要滿足的高度要求。對整套系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行分析并給出了整體結(jié)構(gòu)示意圖。
　　其次，對四旋翼無人機(jī)如何通過計(jì)算機(jī)視覺來獲得當(dāng)前

3、姿態(tài)信息進(jìn)行了研究。通過OpenCV進(jìn)行相應(yīng)處理采集到著陸標(biāo)志中關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)信息。建立像素坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系方程，根據(jù)得到的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)信息通過映射方程得到四旋翼降落時(shí)所需要的控制量。建立起四旋翼飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)模型，利用小擾動(dòng)法對建立的方程進(jìn)行線性化，將相關(guān)參數(shù)帶入解得四旋翼在各通道中的傳遞函數(shù)。
　　最后，采用串級(jí)PID的控制方法對四旋翼無人機(jī)自動(dòng)著陸時(shí)的位置和姿態(tài)進(jìn)行控制。并以俯仰通道為例，通過建立Simulink