無人飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、四旋翼無人飛行器是一種具有垂直起落結構的新型無人飛行器。與固定翼無人機相比，能夠完成定點定高懸停、低空飛行、3D飛行等飛行任務；與直升機相比，又具有較弱的陀螺效應，機械結構要求較低，控制簡單等優(yōu)勢。近年來，已經(jīng)受到廣泛關注。
　　四旋翼無人飛行器能夠完成定點懸停、垂直起降、室內(nèi)飛行等任務，在軍用和民用領域擁有巨大的應用前景，近年來成為了國內(nèi)外研究的熱點。
　　本文在已有技術的基礎上，通過自制的四旋翼無人飛行器平臺，對四旋翼數(shù)

2、學模型和姿態(tài)控制問題進行研究。設計基于滑模變結構控制理論的多種四旋翼無人飛行器姿態(tài)控制器，并對其進行仿真和實驗。論文的主要工作如下：
　　首先，本文對四旋翼無人飛行器的工作原理和其數(shù)學模型進行研究。分析四旋翼產(chǎn)生姿態(tài)變化的動作過程并以四元數(shù)姿態(tài)描述法對其進行姿態(tài)描述，建立飛行器的控制系統(tǒng)模型。
　　其次，設計四旋翼無人飛行器姿態(tài)控制器。在系統(tǒng)簡化模型的基礎上，設計了基于滑模變結構控制理論的姿態(tài)控制器，針對變結構控制中的抖振問

3、題，對所設計的姿態(tài)控制器進行了改進：指數(shù)趨近律法、變邊界層法、非奇異終端滑模方法和二階滑模方法。并在MATLAB環(huán)境中對設計的控制器進行仿真分析。
　　然后，搭建系統(tǒng)硬件平臺。從飛行器主控系統(tǒng)、姿態(tài)信息采集系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)四個主要子系統(tǒng)對系統(tǒng)的構成、元器件的選型以及直流無刷電機的控制等問題展開研究。
　　最后，利用本文設計的四旋翼無人飛行器平臺，對設計的控制器分別進行實驗驗證。最終的實驗結果顯示本文設計的姿