四旋翼無人飛行器魯棒控制器設計.pdf

1、四旋翼無人飛行器是一種具有六個自由度并且能夠垂直起降的無人機，它以其低成本、結構簡單和獨特的飛行方式等特點在軍事和民用等領域得到了廣泛的應用。本文在綜述了四旋翼無人飛行器的研究現(xiàn)狀和關鍵技術的基礎上，根據(jù)其動力學特性和運動學特性建立了數(shù)學模型，然后分析了該模型的多變量、非線性、欠驅動和強耦合的系統(tǒng)特性，將多種控制方法應用于四旋翼無人飛行器系統(tǒng)，并通過數(shù)字仿真和試飛實驗對本文提出的方法進行分析和驗證。主要的研究內(nèi)容和成果包括:
　　

2、首先，針對四旋翼無人飛行器的動力學特性，根據(jù)牛頓定律和歐拉方程推導出位移和姿態(tài)的動力學模型，在此基礎上結合Qball-X4無人機工具實驗平臺的電機模型和相關器件參數(shù)建立起該無人機的數(shù)學模型。
　　其次，分析了四旋翼無人飛行器的室內(nèi)自主飛行過程，把該過程劃分為起飛、點對點軌跡飛行和降落三個階段，運用有限狀態(tài)機原理設計了室內(nèi)自主飛行的邏輯監(jiān)控程序。
　　再次，在本文所建數(shù)學模型的基礎上，設計了姿態(tài)內(nèi)環(huán)和位置外環(huán)構成的雙閉環(huán)PID

3、控制器，并且在內(nèi)外環(huán)之間根據(jù)姿態(tài)和位置耦合關系采用導航系統(tǒng)采集到的偏航角進行了控制量校正。運用Simulink搭建四旋翼無人飛行器仿真系統(tǒng)，仿真驗證了所設計控制器的有效性，之后把該控制器應用到Qball-X4實驗平臺，成功實現(xiàn)了定點懸停。
　　最后，針對系統(tǒng)實際飛行過程中的環(huán)境干擾和不確定性，分高度、滾轉、俯仰和偏航四個通道設計了滑模變結構控制器，推導出使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制量表達式，并對其進行了Lyapunov穩(wěn)定性分析。其后進行了定