四旋翼飛行器滑模變結(jié)構(gòu)控制和位姿解算方法研究.pdf

1、隨著電子科學(xué)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，小型四旋翼飛行器的相關(guān)理論己取得長足的進(jìn)步，飛行器的設(shè)計(jì)理論與方法也引起了越來越多的學(xué)者的注意，同時(shí)在各個領(lǐng)域也取得了廣泛的應(yīng)用，其中飛行器的控制律的設(shè)計(jì)和姿態(tài)解算是系統(tǒng)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵。四旋翼飛行器控制是一個多輸入多輸出、強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動的非線性系統(tǒng)，這給控制律的設(shè)計(jì)帶來了一定困難，但是滑模變結(jié)構(gòu)控制理論在解決非線性系統(tǒng)較其它智能控制方法有著非常明顯的優(yōu)勢，為此本文著重研究了基于滑模變結(jié)構(gòu)四旋翼飛行器控制

2、律的設(shè)計(jì)方法；另外飛行器的姿態(tài)角度準(zhǔn)確與否是實(shí)現(xiàn)飛行器穩(wěn)定控制的關(guān)鍵，本文詳細(xì)研究了四旋翼飛行器的姿態(tài)解算方法；最后基于軟件仿真以及硬件實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性。本文主要工作包括如下：
　　(1)首先經(jīng)過四旋翼飛行器動力學(xué)特性的剖析，在一定假設(shè)的前提下，建立了飛行器的六自由度動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，首先將系統(tǒng)分為全驅(qū)動子系統(tǒng)和欠驅(qū)動子系統(tǒng)，然后基于滑模變結(jié)構(gòu)理論分別設(shè)計(jì)了控制律，其中針對全驅(qū)動子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了反演滑?？刂破鳎瑸?/p>

3、了克服反演控制器的設(shè)計(jì)中容易引起微分膨脹的弊端，文中引入了一階積分濾波器；針對欠驅(qū)動子系統(tǒng)，基于欠驅(qū)動滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了控制律，為了減小系統(tǒng)的抖振，引入了積分型切換增益的方法。最后借助于GUI開發(fā)了人機(jī)交換界面，基于蒙特卡羅的方法驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的控制器的魯棒性。
　　(2)介紹了捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航的原理，包括融合慣性導(dǎo)航傳感器信息，以及更新飛行器姿態(tài)信息。其中基于互補(bǔ)濾波的方法融合陀螺儀、加速度計(jì)以及磁力計(jì)三種傳感器的信息，姿態(tài)旋