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《四旋翼無人機(jī)自抗擾飛行控制研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、西南科技大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文四旋翼無人機(jī)自抗擾飛行控制研究作者姓名王向磊所在學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)/領(lǐng)域控制工程學(xué)校導(dǎo)師郭玉英校外導(dǎo)師李星明論文完成日期2018年05月29日ClassifiedIndex:TP242U.D.C:621SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisActiveDisturbanceRejectionFlightControlforQuadrotorUAVGrade:2015Candidate:WangXiangleiAcademicDegreeAp
2、pliedfor:Master'sDegreeSpeciality:ControlEngineeringSupervisor:GuoYuyingMay29,2018西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第II頁摘要近年來，四旋翼無人機(jī)在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、飛行控制方法都取得了前所未有的進(jìn)步。針對四旋翼無人機(jī)多變量、非線性、欠驅(qū)動、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)高性能飛行控制器，是實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)穩(wěn)定飛行的關(guān)鍵。PID控制是現(xiàn)階段四旋翼無人機(jī)主流的飛行控制算法，但由于實(shí)際飛行中各種隨機(jī)擾動的影響，傳統(tǒng)的PID控制方法無法滿足系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)，很難獲得
3、高性能的飛行控制效果。針對四旋翼無人機(jī)抗干擾問題，研究了基于自抗擾控制的飛行控制系統(tǒng)，以提高無人機(jī)飛行過程中抑制干擾的能力，改善控制系統(tǒng)的魯棒性和適應(yīng)性。首先，本文主要以四旋翼無人機(jī)QBall2為研究對象，在分析QBall2的飛行原理基礎(chǔ)上，基于牛頓-歐拉法建立了QBall2的非線性系統(tǒng)模型；設(shè)計(jì)了非線性串級PID控制器，搭建飛行控制系統(tǒng)MATLAB/Simulink仿真模型，對該控制器進(jìn)行了數(shù)值仿真，仿真結(jié)果表明串級PID控制方法的有效性；針對PID控制抗干擾能力差的問題，研究了基于自抗擾控制的四旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，并與串級PID控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿
4、真對比分析。仿真分析結(jié)果表明，自抗擾控制器不僅能實(shí)現(xiàn)快速且穩(wěn)定的目標(biāo)跟蹤，而且能很好地估計(jì)并實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)所受到的內(nèi)、外擾動，具有很強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性。其次，針對無人機(jī)這種復(fù)雜且本質(zhì)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，傳統(tǒng)自抗擾控制器的狀態(tài)誤差反饋控制律自適應(yīng)性差，參數(shù)固定的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器會存在“擾動”估計(jì)精度低、補(bǔ)償效果差的問題，為此，將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與自抗擾控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)了模糊自抗擾飛行控制系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾飛行控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的自抗擾控制方法，能顯著克服以上難題，并使系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。最后，將串級PID控制器和自抗擾控制器移植到QBa
5、ll2無人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行半物理仿真以驗(yàn)證所研究控制方法的有效性。同時(shí)，自制四旋翼無人機(jī)并進(jìn)行室外飛行驗(yàn)證，以考核本文研究的控制方法。飛行數(shù)據(jù)表明自抗擾控制器對實(shí)際飛行環(huán)境中的干擾具有更強(qiáng)的魯棒性。關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)姿態(tài)控制自抗擾控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第III頁AbstractWithanunprecedentedprogressinsystemdesignandflightcontrolmethods,thequadrotorUAVismoreandmorepopularinbothmilitaryandcivilf
6、ieldsinrecentyears.Aimingatthemulti-variable,non-linear,under-driven,andstronglycoupledcharacterofthequadrotorUAV,designinghigh-performanceflightcontrolleristhekeytoachievingstableflightofthequatrotorUAV.PIDisthemajorflightcontrolalgorithmofthequadrotorUAVatthisstage.Duetotheinf
7、luenceofvariousrandomdisturbancesinrealflight,thetraditionalPIDcontrolmethodcannotmeetsystemdynamicperformanceindex,anditishardtoachievethehigh-performanceflightcontroleffects.Aimingattheanti-interferenceproblemofquadrotorUAV,theflightcontrolsystembasedonActiveDisturbanceRejecti
8、onControl(ADRC)wasstudiedtoimprovetheabilityofU
