四旋翼無人機(jī)飛行控制方法研究.pdf

1、四旋翼無人機(jī)是一種多旋翼式垂直起降機(jī)VTOL(Vertical Take Off and Landing)，與傳統(tǒng)的旋翼機(jī)相比較，它具有靈活性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、民用以及科研教育等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。四旋翼飛行器是一種六自由度、四輸入的欠驅(qū)動系統(tǒng)，具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量的動力性特性，吸引了大量國內(nèi)外的學(xué)者投入到其研究中。本文主要針對四旋翼飛行器的非線性建模和飛行控制問題進(jìn)行了學(xué)習(xí)研究，主要研究內(nèi)容及研究成果如下:

2、
　　首先，對四旋翼飛行器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展前景進(jìn)行了詳細(xì)地描述。
　　其次，介紹了四旋翼的飛行原理，建立了描述四旋翼飛行器飛行的機(jī)體坐標(biāo)和地面坐標(biāo)系，并給出兩坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。在一系列合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)牛頓-歐拉方程，建立了四旋翼飛行器的動力學(xué)方程。對次要影響因素忽略以簡化模型。引入四個(gè)控制量，將四旋翼飛行器的控制分解為可分別控制的四個(gè)通道，以方便設(shè)計(jì)控制器。
　　再次，針對四旋翼飛行器簡化模型

3、的特點(diǎn)，將飛行器分為姿態(tài)和位置兩個(gè)回路進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。姿態(tài)子系統(tǒng)獨(dú)立于位移子系統(tǒng)，首先對姿態(tài)子系統(tǒng)的控制進(jìn)行了研究。分別使用PID控制算法，基于Backstepping的PID控制算法及基于Backstepping的滑模控制算法對姿態(tài)子系統(tǒng)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。并在Matlab的Simulink中進(jìn)行仿真，以檢驗(yàn)控制算法的有效性。
　　最后，設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)的控制器，將姿態(tài)和位移控制器結(jié)合起來，設(shè)計(jì)成內(nèi)外環(huán)的形式，四輸入分別為期望的三個(gè)位移信號