四軸飛行器自主飛行的研究.pdf

1、四軸飛行器被越來越多地應(yīng)用到軍事、高危作業(yè)及一般民用領(lǐng)域，例如對自然災(zāi)害或恐怖襲擊發(fā)生地區(qū)進(jìn)行情報信息的收集、實(shí)時監(jiān)測有害污染物的動向和第一人物視角航拍等。四軸不但有巨大的實(shí)用價值，還具有很好的科研價值，它為慣性導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多技術(shù)領(lǐng)域提供了一個研究平臺。國內(nèi)針對四軸的研究主要集中在姿態(tài)控制上，對于四軸飛行器自主飛行控制的研究還比較少。
　　從上述實(shí)用、科研等多方面考慮，論文設(shè)計(jì)了一種小型可自主飛

2、行的四軸飛行器，做了以下工作：
　　（1）詳細(xì)介紹了四軸飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和飛行原理，對其動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)特性進(jìn)行了分析，建立了簡化的動力學(xué)模型。采用PID控制算法設(shè)計(jì)了飛行控制器。
　?。?）針對四軸飛行器自主飛行任務(wù)，綜合考慮飛行路徑約束條件進(jìn)行了飛行路徑規(guī)劃。基于數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法提出了飛行軌跡規(guī)劃算法，在進(jìn)行多次飛行試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)該算法飛行效果不理想。基于此，在對目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的飛行軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行改進(jìn)后，提出了飛行軌跡

3、規(guī)劃改進(jìn)算法，使得飛行器能夠按照預(yù)定路徑進(jìn)行自主飛行。
　?。?）設(shè)計(jì)了飛行任務(wù)控制器。飛行任務(wù)控制器根據(jù)規(guī)劃的飛行軌跡，給出飛行控制輸入量，指揮四軸飛行器按照預(yù)定規(guī)劃路徑進(jìn)行自主飛行，是飛行任務(wù)控制系統(tǒng)的核心部分。
　?。?）對飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計(jì)，給出了相應(yīng)硬件原理圖和控制系統(tǒng)軟件流程圖。利用 Matlab/Simulink控制系統(tǒng)仿真平臺，采用最優(yōu) PID自整定方法，對飛行控制器進(jìn)行了仿真，并對仿真曲線進(jìn)行

4、了具體分析。最后，制作了四軸飛行器試驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明樣機(jī)能夠按照預(yù)定規(guī)劃路徑進(jìn)行自主飛行。
　　論文在考慮飛行路徑約束條件的前提下，進(jìn)行了飛行路徑規(guī)劃?；跀?shù)控插補(bǔ)算法，給出了飛行軌跡規(guī)劃算法；對目前國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的飛行軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行改進(jìn)后，提出了一種飛行軌跡規(guī)劃改進(jìn)算法。設(shè)計(jì)了一個飛行任務(wù)控制器，使得飛行器能夠按照預(yù)定規(guī)劃路徑進(jìn)行自主飛行。通過仿真和飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了飛行控制器和飛行軌跡規(guī)劃算法的可行性，實(shí)現(xiàn)了自