四旋翼飛行器控制算法設(shè)計與研究.pdf

1、四旋翼飛行器的體積小、易隱蔽、重量輕，功耗低，機械構(gòu)造簡單，容錯能力強等優(yōu)點使得四旋翼飛行器具有較廣泛的應(yīng)用范圍。但是，與此同時四旋翼飛行器系統(tǒng)也具有非線性、強耦合性和欠驅(qū)動的特性，這給系統(tǒng)的控制帶來了一定的困難。
　　介紹了四旋翼飛行器的研究意義和背景，給出了飛行器的飛行原理、四旋翼飛行器的發(fā)展經(jīng)過，詳細(xì)分析和介紹了近幾年國內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀，包括主要的研究領(lǐng)域和應(yīng)用在四旋翼飛行器控制中的常見的控制方法。為了完成四旋翼飛

2、行器的懸停和勻速飛行的任務(wù)，對比分析了幾種姿態(tài)表示方法的優(yōu)劣，基于文中飛行器的控制姿態(tài)角都在小角度范圍內(nèi)，選擇了適合的歐拉角表示法，建立了相應(yīng)坐標(biāo)系，并以此為基礎(chǔ)對四旋翼飛行器系統(tǒng)建模。
　　因為非線性系統(tǒng)控制具有一定的困難，所以在實現(xiàn)四旋翼飛行器由初始狀態(tài)運動到指定的位置并在該點懸停的任務(wù)時，選擇了將飛行器系統(tǒng)近似線性化的方法。將四旋翼飛行器系統(tǒng)進行近似線性化，對線性化后的系統(tǒng)采用幾種線性控制方法，包括PD方法，極點配置法和線性

3、二次型調(diào)節(jié)器最優(yōu)設(shè)計法(LQR: Linear Quadratic Regulator)。通過Simulink仿真對比了以上幾種線性控制方法應(yīng)用在飛行器系統(tǒng)中得到的效果，并驗證了近似線性化方法的有效性，最后將PD控制方法應(yīng)用到四旋翼飛行器的實驗中。
　　采用雙閉環(huán)的結(jié)構(gòu)對飛行器系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)飛行器的勻速飛行。兩個控制環(huán)分別為內(nèi)環(huán)角度環(huán)和外環(huán)速度環(huán)，對內(nèi)環(huán)選用精確反饋線性化的方法，將內(nèi)環(huán)得到的輸出作為外環(huán)系統(tǒng)的控制輸入，實現(xiàn)外環(huán)