小型四軸飛行器自主飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來，隨著小型無人四軸飛行器在軍民領(lǐng)域越來越廣泛的運(yùn)用，研究人員也從各個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行深入研究，而這些研究所共有的特點(diǎn)就是開發(fā)擁有更多自主權(quán)限的無人飛行控制系統(tǒng)。無人飛行控制系統(tǒng)的核心與難點(diǎn)是可靠的自主飛行控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　本文以小型四軸飛行器為平臺(tái)，提出了一種基于精確模型的自主飛行控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的開發(fā)思想：從四軸飛行器飛行原理入手，用機(jī)理建模方法推導(dǎo)出飛行器的數(shù)學(xué)模型，再將經(jīng)典控制律代入到仿真模型中對(duì)系統(tǒng)中不確定參

2、數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)辨識(shí)，根據(jù)所得到的精確數(shù)學(xué)模型利用反演控制算法對(duì)四軸飛行器進(jìn)行核心控制器設(shè)計(jì)，并在仿真環(huán)境中對(duì)所設(shè)計(jì)控制器進(jìn)行仿真飛行驗(yàn)證，逐步修改和優(yōu)化達(dá)到系統(tǒng)要求，最后在實(shí)物飛行器上對(duì)控制器進(jìn)行實(shí)物飛行驗(yàn)證。
　　本文系統(tǒng)全面的介紹了小型無人飛行器領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并根據(jù)對(duì)現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，提出了本文的主要研究方向和內(nèi)容——通過系統(tǒng)建模和參數(shù)辨識(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物飛行驗(yàn)證控制系統(tǒng)。本文主要開展了以下幾點(diǎn)研

3、究工作：首先通過機(jī)理建模方法對(duì)四軸飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了詳盡推導(dǎo)并制定了飛行模態(tài)切換策略；再通過在低速模態(tài)得到實(shí)驗(yàn)證明的雙回路 PID反向推導(dǎo)系統(tǒng)模型參數(shù)使其更加貼近實(shí)際模型，再根據(jù)四軸飛行器非線性欠驅(qū)動(dòng)多耦合的特點(diǎn)，選用反演控制算法對(duì)其進(jìn)行自主飛行控制器設(shè)計(jì)并證明其在Lyapunov意義下的穩(wěn)定性；之后在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下對(duì)自主飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行了姿態(tài)控制和軌跡跟蹤控制仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了控制器的有效性；最