四旋翼無人機的姿態(tài)估計與控制研究.pdf

1、在緊急救援中，利用四旋翼無人機的自主飛行功能，可高效低成本地向救援現(xiàn)場運送物資。受限于飛行器控制精度、能耗等因素，四旋翼無人機一直沒能在救援任務(wù)中得到廣泛的應(yīng)用。近幾年，隨著科技的發(fā)展和進步，四旋翼無人機綜合了控制、傳感器、電子信息、定位技術(shù)，在整機結(jié)構(gòu)及材料、重量及制造工藝等方面有了很大的提升，使四旋翼無人機在急救物資運輸領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。本文主要對小型四旋翼無人機進行一些研究，以期對其在未來實際應(yīng)用提供一些幫助。所做的研究工作和完

2、成結(jié)果總結(jié)如下：
　　(1)本文分析了四旋翼無人機的研究成果及文獻資料，介紹了四旋翼無人機的“進化史”以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。闡述了小型無人機的核心技術(shù)以及現(xiàn)階段的技術(shù)瓶頸。
　　(2)根據(jù)四旋翼無人機六個自由度姿態(tài)的運行原理，分析了動力裝置的受力情況，建立了飛行器的動力系統(tǒng)模型。結(jié)合飛行姿態(tài)解算理論，分別闡述了基于歐拉角算法和四元數(shù)算法的姿態(tài)解算模型。
　　(3)本文根據(jù)四旋翼無人機應(yīng)用需求和機械結(jié)構(gòu)，并結(jié)合飛行器控制原

3、理，設(shè)計了飛行器控制硬件系統(tǒng)，選擇飛行器架構(gòu)并完成了整個飛行器樣機的搭建。
　　(4)鑒于四旋翼無人機姿態(tài)采集模塊的誤差，提出基于非線性互補濾波器的姿態(tài)估計算法。對比EKF（擴展卡爾曼濾波器）濾波算法，該算法不僅在運行速度上有優(yōu)勢，而且更易于在飛控微處理器上實現(xiàn)。
　　(5)根據(jù)飛行器動力學模型和姿態(tài)估計算法，分別提出了基于PID、PID-PI嵌套控制算法和反演的滑模控制算法，并對各算法的控制效果進行了對比分析。最后，本文進