收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

四旋翼无人机鲁棒抗扰控制技术研究

杨翼  
【摘要】:四旋翼无人机是一种能够实现垂直起降、空中悬停、侧飞和倒飞等功能的旋翼飞行器,相比于固定翼无人机,其在执行飞行任务的过程中具备更好的机动性和更大的灵活性,能够用于空中侦察、森林火灾监控、水上运输、农业喷洒以及地面测绘等领域,具有广泛的应用前景。因此,针对四旋翼无人机的飞行控制问题成为了飞行控制研究领域的热点问题之一。论文围绕外界干扰影响下的四旋翼无人机鲁棒抗扰控制问题展开研究,建立了四旋翼无人机的数学模型,并研究了四旋翼无人机在存在建模误差、输入受限、外界干扰等因素影响下的鲁棒抗扰飞行控制问题。论文主要研究内容如下:首先,介绍了四旋翼无人机的飞行原理,根据机理建模方法建立了四旋翼无人机的非线性动力学模型,分析了各旋翼的期望转速与力和力矩之间的分配关系,并基于四旋翼无人机的欠驱动特性设计了基于内外环的整体控制方案。其次,分析了不同风场环境对四旋翼无人机的姿态和位置的影响,讨论了常见的风场数学模型,针对风干扰下的四旋翼无人机设计了基于滑模控制的鲁棒飞行控制方法,并用Lyapunov方法证明了位置环和姿态环组成的闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,整个闭环系统具有较好的跟踪性能,且对外界风干扰具有较强的鲁棒性。然后,研究了存在建模误差、姿态角间的耦合关系以及外界未知干扰情况下的四旋翼无人机的鲁棒抗扰控制。考虑到四旋翼无人机执行不同的飞行任务时,机体配备的负载会发生变化,这使得机体加负载的总质量在执行不同的飞行任务时具有不确定性。与此同时,这对四旋翼无人机的转动惯量也会造成影响。考虑系统的建模误差、姿态角间的耦合关系以及外界未知干扰,建立了四旋翼无人机的动力学模型。在位置子系统中对机体和负载的总质量以及外界慢变干扰进行自适应估计,对于姿态子系统,在惯性矩阵模型不精确的情况下使用滑模控制的方法来进行姿态控制,通过使用Lyapunov方法证明了整个闭环系统的稳定性,并在MATLAB仿真平台上对设计的控制方法进行了仿真验证。仿真结果表明,在负载质量发生变化和外界干扰变化缓慢的情况下,闭环系统具有较好的跟踪性能,且具有较强的鲁棒性。接着,研究了基于干扰观测器的四旋翼无人机鲁棒抗扰控制。针对位置子系统,首先设计非线性干扰观测器对外界不可测干扰进行估计,然后基于Backstepping的方法设计位置控制器,并将干扰的估计值引入到位置控制律中。对于姿态子系统,首先设计非线性干扰观测器对外界不可测干扰进行估计,然后基于线性滤波降阶方法设计姿态控制器,并将干扰的估计值引入到姿态控制律中。使用Lyapunov方法证明了整个闭环系统的稳定性,并对整个闭环系统进行了MATLAB仿真。仿真结果表明,所设计的干扰观测器对外界干扰具有良好的估计性能,有效的减弱了外界干扰对四旋翼无人机的影响,整个系统具有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性。最后,研究了存在输入饱和、建模误差和外界干扰情况下的四旋翼无人机的鲁棒抗扰控制。考虑输入饱和、建模误差以及未知外界干扰,建立了修正的四旋翼无人机动力学模型。对于位置子系统与姿态子系统中的执行器饱和与模型不确定项,设计神经网络干扰观测器对其进行处理。为了降低神经网络逼近误差与外界干扰对系统的影响,引入了非线性干扰观测器对复合干扰进行估计。基于Backstepping方法设计了位置环控制器,基于线性滤波降阶方法设计了姿态环控制器,并将神经网络干扰观测器的输出和非线性干扰观测器的输出引入到了位置环和姿态环的控制律中,并利用Lyapunov方法证明了整个闭环系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明,所设计的控制器使得存在输入饱和、建模误差和外界干扰的四旋翼无人机系统具有良好的跟踪性能,并且具有较强的鲁棒性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;美国海军加紧无人机研制[J];电讯技术;2000年02期
2 辛健成;美国海军无人机发展历程[J];机器人技术与应用;2000年05期
3 时兆峰;以色列组建专门的无人机管理部门[J];飞航导弹;2001年10期
4 徐文;俄罗斯的无人机系统——格兰特[J];飞航导弹;2003年07期
5 何一波;各国使用的主要轻型无人机[J];飞航导弹;2003年11期
6 马晓平;系统工程学在无人机研制中的应用[J];航空科学技术;2003年04期
7 柯边;“影子200”战术无人机[J];航天电子对抗;2003年06期
8 温羡峤,李英;从美国无人机的发展来看无人机在未来战争中的应用前景[J];现代防御技术;2003年05期
9 王永寿;日本无人机的研究开发现状与动向[J];飞航导弹;2003年08期
10 袁刚辉;徐志红;;不断壮大的俄罗斯无人机家族[J];现代兵器;2003年02期
11 徐文;俄罗斯无人机的发展现状[J];飞航导弹;2004年02期
12 胡根秀;从国际无人机系统协会第三届学会看美国的无人机[J];飞航导弹;2004年04期
13 王永寿;日本开发自动滑翔降落多用途无人机[J];飞航导弹;2004年06期
14 崔麦会 ,周建军 ,陈超;无人机舰载应用的关键技术探讨[J];航空科学技术;2004年05期
15 徐文;垂直仪-20无人机[J];飞航导弹;2004年12期
16 张晓东,孙碧娇;美军潜射无人机的发展与关键技术[J];鱼雷技术;2005年03期
17 吴立新;刘平生;卢健;;无人机分类研究[J];洪都科技;2005年03期
18 孙仕祺,马杰;历史与现实: 无人机发展历程、现状及其所面临的挑战[J];飞航导弹;2005年01期
19 淳于江民,张珩;无人机的发展现状与展望[J];飞航导弹;2005年02期
20 许智辉;张丙军;刘建一;;无人机执行特殊作战任务探析[J];飞航导弹;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王林;张庆杰;朱华勇;沈林成;;远程异地多无人机系统控制权切换技术研究[A];2009中国控制与决策会议论文集(3)[C];2009年
2 谭健美;张琚;闫娟;;信息无人机系统——无人机发展史上新的里程碑[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
3 黄爱凤;邓克绪;;民用无人机发展现状及关键技术[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年
4 刘长亮;;无人机发动机气道开度自适应机构的设计与实现[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第三分册)[C];2009年
5 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
6 刘泽坤;吕继淮;;舰载无人机系统的环境适应性[A];人—机—环境系统工程创立20周年纪念大会暨第五届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2001年
7 叶烽;宋祖勋;;无人机系统电磁兼容性测试研究[A];第十四届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2004年
8 易当祥;吕国志;沈玲玲;;多级路况下车载无人机疲劳载荷仿真[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
9 钱正祥;金继才;杨鹭怡;;未来局部战争中反无人机作战对策研究[A];探索创新交流--中国航空学会青年科技论坛文集[C];2004年
10 高鹏骐;晏磊;赵红颖;何定洲;;无人机遥感控制平台的设计与实现[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘洋;动态环境中的无人机路径规划研究[D];西北工业大学;2015年
2 高九州;无人机自主着陆控制[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年
3 杨永明;无人机遥感系统数据获取与处理关键技术研究[D];昆明理工大学;2016年
4 孙小雷;基于多阶段航迹预测的无人机任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 张艳超;农田信息低空遥感中图像采集与处理的关键技术研究[D];浙江大学;2016年
6 王刚;一种螺旋桨动力配平的小型电动无尾无人机研究[D];西北工业大学;2016年
7 张潮;神经智能控制在小型快递无人机系统中的研究与应用[D];北京科技大学;2017年
8 李辰;面向四旋翼无人机的非线性控制方法与实现[D];浙江大学;2017年
9 徐博;植保无人机航线规划方法研究[D];中国农业大学;2017年
10 王国芳;专家知识辅助的强化学习研究及其在无人机路径规划中的应用[D];浙江大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨翼;四旋翼无人机鲁棒抗扰控制技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
2 沈俊楠;基于小型四旋翼的多无人机编队飞行控制系统设计[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 邵英泰;大轴距电动多旋翼无人机控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
4 史腾飞;基于自抗扰算法的四旋翼无人机抗风性能研究[D];华北电力大学;2017年
5 许化;小型四旋翼无人机的设计及飞行控制系统研究[D];江西理工大学;2017年
6 严子军;四旋翼无人机反欺骗及通信加密技术研究[D];电子科技大学;2017年
7 干阳琳;四旋翼无人机编队自动飞行的避障算法研究[D];成都理工大学;2017年
8 王辰熙;多旋翼无人机组合导航技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
9 姜腾;基于视觉的多旋翼无人机位置和姿态测量方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
10 王斌;多旋翼无人机地面监控系统设计[D];南京信息工程大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 洪山;法国、德国和西班牙签约共同研发三国无人机系统[N];中国航空报;2007年
2 崔玺康;对抗无人机所面临的新挑战[N];中国航空报;2007年
3 林英;无人机将进入现代化农业领域[N];光明日报;2007年
4 本报记者 陈永杰 马佳;中国无人机亮相:战争“零伤亡”将实现[N];北京科技报;2008年
5 祖茜枫;“综合者”:携带小导弹的小无人机[N];中国国防报;2008年
6 王磊;印度期望打造强大无人机部队[N];学习时报;2009年
7 李荔;无人机“俯瞰”黄河灾情[N];北京科技报;2011年
8 本报记者 宋斌斌;我国无人机应用高端化趋势明显[N];中国工业报;2011年
9 吴飞;反恐十年无人机扶摇直上[N];中国航空报;2011年
10 司古;美无人机遭神秘病毒入侵[N];国防时报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978