基于模型參考滑?？刂频乃男頍o(wú)人機(jī)控制器設(shè)計(jì).pdf

1、四旋翼無(wú)人機(jī)是一種可垂直起降、定點(diǎn)懸停、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成本較低且性能優(yōu)良的無(wú)人駕駛飛行器，其在軍事偵查、城市交通、災(zāi)害搜救等領(lǐng)域均有著良好的實(shí)際應(yīng)用性和廣闊的發(fā)展前景，擁有獨(dú)特的研究?jī)r(jià)值與工程意義。四旋翼無(wú)人機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合、干擾敏感等特性，因而其數(shù)學(xué)模型的建立、飛行姿態(tài)信息的獲取以及控制器的設(shè)計(jì)都成為了研究的難點(diǎn)。本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)上述問(wèn)題展開分析與探討，基于四旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立非線性動(dòng)力學(xué)模型，并重點(diǎn)研究姿態(tài)估計(jì)的

2、多傳感器數(shù)據(jù)融合算法與飛行控制方法。
　　首先，以四旋翼無(wú)人機(jī)在機(jī)械和控制方面的需求為準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)機(jī)體、硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)。在機(jī)體方面，完成了材料的選擇與機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);在硬件系統(tǒng)方面，采用模塊化的思想完成了微處理器、傳感器、執(zhí)行器等功能模塊的選型;在軟件系統(tǒng)方面，介紹了雙微處理器的任務(wù)分配與軟件流程以及傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理。
　　其次，定義四旋翼無(wú)人機(jī)飛行坐標(biāo)系，選取歐拉角描述姿態(tài)，進(jìn)而闡述其飛行原理。在分析機(jī)體結(jié)構(gòu)特征和

3、旋翼動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)牛頓歐拉動(dòng)力學(xué)方程，建立六自由度非線性動(dòng)力學(xué)模型。
　　再者，針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)估計(jì)，設(shè)計(jì)基于四元數(shù)和擴(kuò)展卡爾曼濾波器的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法。在分析多傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)特性的基礎(chǔ)上，融合陀螺儀、加速度計(jì)和地磁計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)解算出飛行姿態(tài)角。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　最后，對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的六自由度非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化與參數(shù)辨識(shí)，得到解耦的線性模型。并針對(duì)該線性模型，設(shè)計(jì)基于模型參考滑