微型四旋翼飛行器的建模與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，無(wú)人機(jī)的發(fā)展在研究領(lǐng)域與工業(yè)領(lǐng)域都成為了越來(lái)越引起關(guān)注的話題。四旋翼飛行器是一種由四個(gè)旋翼推動(dòng)的典型無(wú)人機(jī)。四旋翼飛行器具有可以垂直起降和自由懸停的結(jié)構(gòu)，并且比固定翼飛行器具有更高的靈活性。由于這些特性，四旋翼飛行器可以廣泛應(yīng)用于多個(gè)不同的領(lǐng)域，例如偵察與監(jiān)視，搜索與救援，室內(nèi)導(dǎo)航與地形測(cè)繪等。但是由于四旋翼飛行器并不具有良好的飛行穩(wěn)定性，因此其飛行控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)一直是四旋翼飛行器眾多研究者最關(guān)注的問(wèn)題之一。
　　本

2、文圍繞四旋翼飛行器的飛行控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了兩種有效的控制算法，包括改進(jìn)的比例積分微分(PID)控制和線性二次型(LQ)控制，并通過(guò)大量的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。兩種控制器都將應(yīng)用于自行設(shè)計(jì)與制作的四旋翼飛行器原型機(jī)以實(shí)現(xiàn)其姿態(tài)控制與高度控制。論文的主要研究工作和貢獻(xiàn)如下:
　　首先，根據(jù)牛頓定律和歐拉方程，推導(dǎo)出了兩種不同坐標(biāo)系下的四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型?；谠搫?dòng)力學(xué)模型，在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境中建立了完整的四

3、旋翼飛行器非線性仿真模型。然后在此基礎(chǔ)上，將PID控制方法與LQ控制方法應(yīng)用于該模型的姿態(tài)控制與高度控制，使得飛行器能夠獲得平穩(wěn)的飛行姿態(tài)和飛行高度。此外，建造了一架基于Arduino微型處理器的四旋翼飛行器原型機(jī)作為飛行平臺(tái)。該原型機(jī)裝備了三軸加速度計(jì)與三軸陀螺儀，可用于在前期獲得建立仿真模型的各項(xiàng)參數(shù)以及在后期對(duì)控制算法進(jìn)行飛行試驗(yàn)測(cè)試。
　　然后，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，將四旋翼飛行器的非線性動(dòng)力學(xué)仿真模型與