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多旋翼无人机室内试验系统构建及定位与控制方法的研究

李永哲  
【摘要】:以三维红外运动捕捉的视觉定位系统为基础,构建的多旋翼无人机室内试验系统具有定位精度高,实时性高等特点,适合开展多机编队飞行等实验,可以作为无人机多种控制算法的测试平台,具有重要的研究意义。本文首先构建了多旋翼无人机室内试验系统的硬件平台,包括视觉定位系统和多旋翼机体平台,并设计了试验系统的通讯链路方案,经过测试系统延时时间,验证了试验系统的硬件平台的可靠性。基于QT设计开发了地面站系统软件,实现了视觉定位系统与多旋翼机体控制系统之间的数据传输,以及地面站与多旋翼之间的数据通讯,另外,实现了地面站对飞机飞行状态的监测和显示。硬件平台和地面站软件共同构成了多旋翼无人机室内试验系统。其次,基于牛顿-欧拉方程,建立了六旋翼无人机的线运动和角运动的动力学模型,并根据合理的假设,对动力学模型做出了简化。然后,设计了 LQR控制器,并对其进行仿真实验,实现了对多旋翼的姿态、高度、x-y位置的稳定控制和无差跟踪,满足控制要求。最后,设计了六旋翼自主控制实验的实验方案,在本文构建的无人机室内试验系统上,实现了六旋翼无人机的自主悬停实验。将本文的实验结果与MIT的RAVEN平台的实验结果对比,验证了本试验系统的可行性和可靠性。


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