四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法的研究

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1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：學(xué)號(hào)：416118713094南昌大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生學(xué)位論文四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法的研究StudyofAttitudeControlAlgorithmForQuad-rotors方武義培養(yǎng)單位（院、系）：信息工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化系指導(dǎo)教師姓名、職稱：萬曉鳳教授專業(yè)學(xué)位種類：工程碩士專業(yè)領(lǐng)域名稱：控制工程論文答辯日期：2015年5月31日答辯委員會(huì)主席：評(píng)閱人：2015年月日、學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研宄工作及取得的研宄成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也

2、不包含為獲得南昌大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名（手寫）：方#乂簽字日期??>丨1年6月個(gè)日二、學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解南昌大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司和中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社將本學(xué)位論文收錄到《中國

3、學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》和《中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。學(xué)位論文作者簽名（手寫>:方(￥%)：/?簽字日期：年t月屮日簽字日期:〇^^年知Lp日論文題目姓名學(xué)號(hào)4U"S)丨州論文級(jí)別博士□碩士■院/系/所專業(yè)滿糾1鮮.聯(lián)系電話Email通信地址(郵編)：備注：■公開□保密（向校學(xué)位辦申請(qǐng)獲批準(zhǔn)為“保密”，______年_月后公開)摘要摘要隨著低空領(lǐng)域的開放，多旋翼飛行器作為一種依靠調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速直接控制飛行的非傳統(tǒng)無人機(jī)，因其制作簡(jiǎn)單、控制靈活，并且能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的地理環(huán)境和氣象，在軍事和民用領(lǐng)域得

4、到了廣泛的應(yīng)用。其次，作為一個(gè)典型的欠驅(qū)動(dòng)（輸出多于輸入）、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，將其作為科學(xué)研究的對(duì)象也是極具意義。本文選取以四個(gè)旋翼作為輸入的旋翼無人機(jī)為研究對(duì)象，在建立和分析了四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定性控制問題，分別采用了線性和非線性的控制方法，設(shè)計(jì)了三種姿態(tài)控制算法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。本文主要的研究工作如下：1、通過研究四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)以及控制原理，本文采用理論推導(dǎo)建模方法（機(jī)理建模方法），根據(jù)牛頓第二定律和歐拉方程建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，且針對(duì)飛行器的姿態(tài)控制穩(wěn)定性問題，在相關(guān)的假設(shè)條件下對(duì)模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，為姿態(tài)控制算法的研究奠定了基

5、礎(chǔ)。2、根據(jù)四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型，采用串級(jí)PID控制算法設(shè)計(jì)了飛行器系統(tǒng)的高度姿態(tài)控制器。運(yùn)用Matlab/simulink搭建了仿真平臺(tái)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制器的有效性。3、針對(duì)系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)特性和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，為了提高飛行器的控制效率和精度，本文采用基于反步法的滑?？刂圃O(shè)計(jì)了四旋翼飛行器的姿態(tài)控制器，且經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制器的有效性和可行性。仿真結(jié)果表明，滑?？刂扑惴ǖ目刂菩Ч麅?yōu)于串級(jí)PID控制，具有一定的魯棒性。4、為了模擬實(shí)際的飛行環(huán)境，考慮外界諸多的干擾因素，提出了基于自適應(yīng)反步法的滑?？刂?，仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器具有良好的控制效果，且抗干擾能力強(qiáng)，具有

6、較強(qiáng)的魯棒性。關(guān)鍵字：四旋翼飛行器，數(shù)學(xué)模型，串級(jí)PID控制器，滑?？刂?，自適應(yīng)滑?？刂艻AbstractABSTRACTWiththeopeningupofthelowaltitudeareas,rotoraircraftasakindofrelyingonthedcmotorspeedregulatingcontrolanon-traditionalunmannedaerialvehicle(UAV)flightdirectly,becauseofitssimple,flexiblecontrol,andtheabilitytoadapttothecomplexgeograph

7、icalenvironmentandweather,hasbeenwidelyusedinmilitaryandcivilfield.Secondly,asatypicalunder-actuated(outputmorethaninput),strongcouplingnonlinearsystem,astheobjectofscientificresearchisalsoverymeaningful.Thisarticleselectsfourrotorasthe