基于傳感器融合技術(shù)的Quanser無人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、Quanser無人機(jī)系統(tǒng)(Unmanned Vehicle Systems)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由六個(gè)OptiTrack攝像頭、Qball-X4四旋翼無人機(jī)、Qbot地面機(jī)器人、PC主機(jī)、內(nèi)嵌實(shí)時(shí)控制軟件QuaRC的MATLAB/Simulink和無線通信模塊組成的。它可以用來進(jìn)行四旋翼無人機(jī)及Qbot控制器的設(shè)計(jì)、傳感器融合、航跡或軌跡規(guī)劃、軌跡跟蹤和多無人機(jī)器人的協(xié)同工作等方面的研究，通過半實(shí)物仿真的方式可以直觀的進(jìn)行理論及方法上的驗(yàn)證。近

2、年來對四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)估計(jì)的研究已經(jīng)成為無人機(jī)研究的熱點(diǎn)之一，而移動(dòng)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)控制的研究也有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用范圍。本文利用Quanser無人控制系統(tǒng)進(jìn)行基于傳感器融合的Qball-X4姿態(tài)角roll的估計(jì)和Qbot的軌跡規(guī)劃研究。在滾動(dòng)角估計(jì)方面所采用的是加速度計(jì)和陀螺儀的測量信號(hào)進(jìn)行融合，現(xiàn)有的傳感器融合方法如Kalman濾波、粒子濾波、擴(kuò)展Kalman濾波等方法來進(jìn)行融合，針對實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及兩種傳感器的頻域特性設(shè)計(jì)了一種簡

3、單而實(shí)用的互補(bǔ)濾波器;在軌跡規(guī)劃方面，針對Qbot設(shè)計(jì)了多種軌跡規(guī)劃方法，本文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新可概括如下：
　　(1)對四旋翼無人機(jī)的非線性模型和移動(dòng)機(jī)器人的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了建立，并對非線性模型進(jìn)行線性化處理，方便對控制器的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)方式的分析。并根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行Qbot半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)的控制模型的搭建。
　　(2)分別對慎思式軌跡規(guī)劃、反應(yīng)式軌跡規(guī)劃和混合式軌跡規(guī)劃進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出基于紅外傳感器和碰撞傳感器融合的

4、反應(yīng)式規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)簡單的避障，搭建半實(shí)物仿真平臺(tái)進(jìn)行方法驗(yàn)證，取得不錯(cuò)的效果。
　　(3)研究輪式移動(dòng)機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了一種基于Lyapunov的反饋軌跡跟蹤控制方法，并證明了該方法的穩(wěn)定性、可行性。在MATLAB Simulink中搭建半實(shí)物仿真模塊對該方法進(jìn)行半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的驗(yàn)證了控制方法的有效性，擁有很好的跟蹤性能。
　　(4)分析四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)角roll的估計(jì)方法，同時(shí)通過加速度計(jì)和