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《哈尔滨工业大学》 2010年
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四旋翼无人机的导航与控制

钟佳朋  
【摘要】: 四旋翼无人机是一种新型的可垂直起降的小型无人机,它通过改变四个对称分布的旋翼转速来调整姿态与位置,具有可悬停、机动性好、结构简单等多种优点,具有十分广阔的应用前景。 论文首先对飞行机理进行了分析,设计了以碳纤维为主体材料的机械结构。并以机械结构为基础,建立了六自由度的无人机数学模型,根据实际的控制要求对模型进行了简化。分别设计了PID姿态控制器和Backstepping姿态控制器对无人机的姿态控制进行了仿真,得到了在阶跃控制信号输入、脉冲干扰力矩输入以及阵风干扰力矩输入下的姿态角响应曲线,验证了两种算法的有效性。仿真结果表明Backstepping方法对四旋翼无人机这种非线性强耦合的系统具有相对较好的效果。 其次,根据四旋翼无人机对航姿信息的要求设计了以MEMS陀螺仪,加速度计与磁阻传感器为基础的航姿系统,设计了一种基于扩展Kalman滤波的航姿估计算法。采用四元数作为状态变量,利用陀螺仪的输出构成状态方程,通过加速度计与磁阻传感器构造观测方程来进行扩展Kalman滤波解算。相对于通常的航姿估计算法,这种算法减少了运算量,更适合于基于嵌入式微处理器的航姿估计。实验结果表明这种算法在静态情况下可以较好的得到无人机的姿态输出,动态性能还需要进一步测试。 最后,根据系统性能和功能的要求对无人机的机载主控制系统与地面站系统进行了设计。并进行了悬停、姿态信号跟踪、抗干扰测试等一系列飞行试验,对试验结果进行了分析,验证了算法的有效性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:V279

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 李占科,宋笔锋,宋海龙;微型飞行器的研究现状及其关键技术[J];飞行力学;2003年04期
2 高钟毓 ,牛小骥 ,郭美凤;用于微机械捷联式航姿系统的四元素算法卡尔曼滤波器(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2002年03期
3 邱力为,宋子善,沈为群;用于无人直升机着舰控制的计算机视觉技术研究[J];航空学报;2003年04期
【共引文献】
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1 万春熙,冀四梅,王光,俞仁顺;按弹体响应辨识干扰并预测偏差的原理研究[J];兵工学报;1995年02期
2 汪小娜;王树宗;朱华兵;;无陀螺捷联惯导系统模型研究[J];兵工学报;2006年02期
3 向政,富立,范跃祖;L-D分解求逆法在联邦卡尔曼滤波中的应用[J];北京航空航天大学学报;2003年08期
4 耿延睿,崔中兴,张洪钺,房建成;衰减因子自适应滤波及在组合导航中的应用[J];北京航空航天大学学报;2004年05期
5 于延波;房建成;;基于矢量观测的航天器分段信息融合定姿方法[J];北京航空航天大学学报;2005年11期
6 刘晓光,谢玲,戴亚平,陈家斌;一种新的惯性/GPS组合导航系统随机干扰处理方法[J];北京理工大学学报;2001年05期
7 缪玲娟,李春明,郭振西,杨勇;陆用捷联惯导系统/里程计自主式组合导航技术[J];北京理工大学学报;2004年09期
8 郭振西,缪玲娟,沈军;里程计组合的捷联惯导系统运动基座对准研究[J];北京理工大学学报;2005年01期
9 张成,杨树兴,王晟;远程火箭弹捷联射程修正研究[J];北京理工大学学报;2005年07期
10 陈熙源,万德钧,程向红;船用陀螺漂移误差模型辨识及其应用[J];船舶工程;1998年03期
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1 王鹏;张迎春;;基于SINS/星敏感器的组合导航模式[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
2 吕智慧;吴世通;;平流层飞艇的飞行控制方案探讨[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(下册)[C];2006年
3 邱恺;吴训忠;陈天如;魏瑞轩;张宗麟;;基于融合量测预报器的联邦滤波故障检测方法[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
4 杨静;郑南宁;;一种基于平方根Unscented卡尔曼滤波的GPS/DR组合定位算法[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
5 柳明;刘雨;苏宝库;蒋效雄;;总体最小二乘法辨识惯导平台误差模型研究[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
6 蔡善军;赖鹏;李新纯;;空舰导弹用激光捷联惯导空中修正技术研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
7 王新龙;申功勋;;机载捷联子惯导系统快速传递对准匹配方法研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
8 谢莉莉;李立新;;基于速度+姿态匹配动基座传递对准技术研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
9 李春明;缪玲娟;郭振西;杨勇;;SINS/DTU陆用自主式组合导航技术研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
10 林雪原;刘建业;赖际舟;李荣冰;;基于双星定位系统辅助的Doppler/SINS组合导航系统研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
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1 陈金平;GPS完善性增强研究[D];解放军信息工程大学;2001年
2 文援兰;航天器精密轨道抗差估计理论与应用的研究[D];解放军信息工程大学;2001年
3 张贵明;SAR卫星GPS轨道和姿态测量技术研究[D];电子科技大学;2001年
4 刘广军;组合导航系统的数据处理与仿真[D];中国人民解放军信息工程大学;2002年
5 赵黎平;近地卫星自主轨道确定和控制系统研究[D];西北工业大学;2002年
6 陈树新;GPS整周模糊度动态确定的算法及性能研究[D];西北工业大学;2002年
7 王志胜;信息融合估计理论及其在航天器控制中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
8 杨艳娟;捷联惯性导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
9 郑庆晖;基于GPS的航天器姿态、相对姿态确定研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
10 刘志俭;GPS载波相位差分技术、捷联惯性导航系统初始对准技术及其组合技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
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1 赵亮;基于DSP平台的微型UAV视觉系统研究[D];浙江大学;2007年
2 宋海龙;微型扑翼飞行器传动系统设计及新型扑翼形式概念研究[D];西北工业大学;2005年
3 丰丽军;公路汽车视觉导航中的运动目标检测与跟踪[D];北京工业大学;2000年
4 丁滢颍;机载导弹的传递对准技术研究[D];西北工业大学;2001年
5 吴卫;反辐射导弹武器系统仿真研究[D];西北工业大学;2001年
6 丁国宏;水下航行器导航与控制一体化研究[D];西北工业大学;2001年
7 詹艳梅;纯方位目标运动分析方法研究[D];西北工业大学;2001年
8 栗瑞江;低成本SINS/GPS组合导航系统研究[D];西北工业大学;2001年
9 杨琳;主动攻击水雷目标运动估计与攻击时机分析[D];西北工业大学;2001年
10 吴永前;永磁同步电机无传感器调速系统的研究[D];西北工业大学;2001年
【同被引文献】
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1 郑艳;郑秀萍;褚俊霞;井元伟;;基于T-S模型的体操机器人系统模糊变结构控制[J];控制与决策;2006年01期
2 冯跃强,王彬,蔡伯根;GPS/GLONASS组合定位导航技术的测试[J];北京交通大学学报;2005年02期
3 吕书强;晏磊;张兵;杨绍文;焦健;赵红颖;秦其明;曾琪明;;无人机遥感系统的集成与飞行试验研究[J];测绘科学;2007年01期
4 刘涛;吕迅竑;黄一敏;;基于DSP的数字舵机控制器设计[J];沈阳航空工业学院学报;2006年01期
5 苏永振,胡延霖,赵菲;基于ARM的无人机飞行控制系统的实现[J];计算机测量与控制;2005年10期
6 王可,毛志伋;基于Matlab实现最小二乘曲线拟合[J];北京广播学院学报(自然科学版);2005年02期
7 汪海燕,李娟娟,张敬华;自适应模糊PID控制的无刷直流电机及仿真[J];微电机;2003年04期
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1 陈青松;基于DSP&CPLD的超小型无人直升机飞控系统研究与设计[D];浙江大学;2006年
2 张海涛;高精度双余度舵机伺服系统研究[D];西北工业大学;2007年
3 王斌;某小型无人机飞控计算机的设计[D];南京航空航天大学;2007年
4 李晓丹;模糊PID控制器的设计研究[D];天津大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 胡云安,顾文锦;模糊变结构控制及其应用[J];航天控制;1995年04期
2 钟舜聪,李升平,孙智娟;基于回路成形法的鲁棒控制器设计[J];汕头大学学报(自然科学版);2000年02期
3 沈建新,罗佳,陈永校;无传感器无刷直流电机位置误差的分析与补偿[J];微特电机;1999年05期
4 王勇,吕征宇;端电压比较法直接寻找无刷直流电动机换相点及其斩波调速[J];微特电机;2003年01期
5 张友安,胡云安,苏身榜;BTT导弹控制系统鲁棒动态逆设计[J];宇航学报;2002年02期
6 韩艳铧,周凤岐,周军;基于反馈线性化和变结构控制的飞行器姿态控制系统设计[J];宇航学报;2004年06期
【相似文献】
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1 肖霞;;无人机将在今后的战争中扮演新角色[J];电子对抗;2003年02期
2 姜永伟;;俄军无人机在实践中的战术运用[J];现代军事;2005年02期
3 李武康;郑麦中;;欧洲“梭鱼”无人作战验证机[J];现代军事;2007年02期
4 ;全球快讯[J];飞航导弹;2009年11期
5 ;2O11中国无人机系统峰会暨展览征稿通知 峰会主题:无人机从前沿技术到现役装备[J];航空科学技术;2011年02期
6 ;美国将在中东使用先锋号无人机[J];航天电子对抗;1991年02期
7 ;德国陆军新型战术侦察无人机(KZO)系统[J];国防科技;2007年07期
8 ;国际会展信息[J];国际航空;2008年06期
9 郑葆;王秀春;;未来无人机的操控和指挥[J];国外坦克;2009年05期
10 臧晓京;朱爱平;;雷锡恩公司利用导弹经验发展无人机[J];飞航导弹;2010年03期
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1 丁霖;;无人机系统人机交互界面浅析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
2 王春生;苏多;刘道庆;;浅析无人机系统适航性[A];2010年航空器适航与空中交通管理学术年会论文集[C];2010年
3 吴志刚;秦强;;影响旋翼轴载荷测试精度的因素分析[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
4 徐佳;李擎;;无人机捷联惯性组合的建模与滤波方法研究[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
5 马晓平;;无人飞行器及其系统发展研究[A];航空科学技术学科发展报告(2010-2011)[C];2011年
6 王国焰;;介绍一种新型的外流压力筛和对筛选技术的浅析[A];中国造纸学报2003年增刊——中国造纸学会第十一届学术年会论文集[C];2003年
7 钱正祥;张成华;张斌;;神经网络逆控制的无人机飞控系统自修复研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
8 解龙龙;王晓平;耿庆波;;无人机群控系统的地面站设计与实现[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 王磊;肖凯宁;宋琦军;张学平;;无人机遥控系统电磁兼容预测研究[A];全国电磁兼容学术会议论文集[C];2006年
10 韩忠华;宋文萍;乔志德;;基于FW-H方程的旋翼气动声学计算研究[A];2003’全国流体力学青年研讨会论文集[C];2003年
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1 本报专稿 郭宣 石江月;中国无人机跨向“超一流”[N];世界报;2011年
2 徐泓;遥感无人机纳入宁夏灾害应急工作体系[N];中国国土资源报;2011年
3 记者 朱思平 通讯员 王明;珠海要生产无人机了![N];中国民航报;2011年
4 边际;“鹞鹰”无人机在国内首次实现同机双装载遥感飞行[N];中国航空报;2011年
5 陈巧艳;无人机产业基地落户珠海[N];广东科技报;2011年
6 杨竞佳;首例环境应急大气监测无人机系统研究有进展[N];中国环境报;2011年
7 柯江宁 编译;美陆军完成载人和无人机系统集成能力评估[N];科技日报;2011年
8 记者 王军;旋翼飞行机器人在沈阳研制成功[N];新华每日电讯;2009年
9 温宪;可接受的机器行为?[N];人民日报;2011年
10 记者 刘兴;从前沿技术到现役装备[N];中国航空报;2011年
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1 王世华;碟型涵道式无人机总体设计及飞行控制系统理论与仿真研究[D];复旦大学;2011年
2 甄子洋;融合控制方法及其在无人机飞行控制中的应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 于永军;高空长航无人机多信息融合自主导航关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 王红州;基于模态修型的旋翼气弹动力学多目标减振优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 徐广;新型桨尖弹性旋翼气动特性的Navier-Stokes方程数值模拟[D];南京航空航天大学;2010年
6 刘春阳;无人机隐身技术若干问题研究[D];西安电子科技大学;2012年
7 胡中华;基于智能优化算法的无人机航迹规划若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
8 宋辰瑶;基于尾迹分析的旋翼旋转噪声计算及桨-涡干扰噪声研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 韩忠华;旋翼绕流的高效数值计算方法及主动流动控制研究[D];西北工业大学;2007年
10 姚如贵;无人机系统高速数据链中Turbo-OFDM技术研究[D];西北工业大学;2006年
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1 李浩涛;基于四旋翼无人机传感器数据采集与处理的研究[D];天津大学;2012年
2 钟佳朋;四旋翼无人机的导航与控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 吕勃龙;小型四旋翼无人机航电系统接口及测试技术研究[D];西安工业大学;2012年
4 郑伟光;四旋翼无人机飞行姿态控制系统研究[D];长春理工大学;2010年
5 杨轻;无人机自主起飞、着陆控制系统设计[D];南京航空航天大学;2011年
6 陈大平;测绘型无人机系统任务规划与数据处理研究[D];解放军信息工程大学;2011年
7 周乃恩;无人机起降纠偏控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 张博;无人机磁耦合发射系统研究[D];长春理工大学;2012年
9 刘志花;无人机故障预测与健康管理技术研究[D];北京化工大学;2010年
10 胡浩;无人机进场着陆/地面滑跑控制与仿真[D];电子科技大学;2011年
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