基于線性二次調(diào)節(jié)器的四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一種可垂直起降的飛行器,其設(shè)計(jì)涉及多學(xué)科領(lǐng)域。四旋翼飛行器不需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,它的飛行動(dòng)作全由前后、左右兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制,實(shí)現(xiàn)懸停、前飛、側(cè)飛和倒飛等動(dòng)作。
　　 現(xiàn)今關(guān)于四軸飛行器的控制算法越來(lái)越多,隨著飛行器的穩(wěn)定性基本得到解決,靈敏度和快速性變得越來(lái)越重要。線性二次調(diào)節(jié)器可兼顧系統(tǒng)的四個(gè)性能指標(biāo)(快速性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、靈敏度),主要應(yīng)用于震動(dòng)系統(tǒng)的控制算法解決。
　　 本文對(duì)

2、四旋翼飛行器的歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)研,介紹了國(guó)內(nèi)外的各時(shí)期的典型四旋翼飛行器,然后對(duì)四旋翼飛行器懸停的控制算法進(jìn)行了研究,并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真加以驗(yàn)證。論文的主要工作如下:
　　 首先對(duì)地旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了具體的敘述和分析。給出了飛行器每個(gè)動(dòng)作的具體受力分析。描述了線性二次最優(yōu)控制的工作原理。
　　 其次對(duì)四旋翼飛行器機(jī)架進(jìn)行建模。這里選取機(jī)架坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系兩個(gè)坐標(biāo)系,推導(dǎo)出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣,并根

3、據(jù)牛頓定律推導(dǎo)出兩坐標(biāo)系下各個(gè)物理量相互轉(zhuǎn)換的公式。對(duì)電機(jī)進(jìn)行建模。根據(jù)不同電機(jī)的輸入電壓與輸出拉力的關(guān)系列出方程,分析受力時(shí)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),列出公式。
　　 然后根據(jù)上述建立的模型設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的線性二次控制器,闡述了線性二次控制器的基本原理,列出推導(dǎo)公式,并選取合適的加權(quán)矩陣作為系統(tǒng)的反饋,實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的最優(yōu)控制。
　　 最后應(yīng)用MATLAB/Simulink中實(shí)時(shí)窗功能,對(duì)飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。闡述了實(shí)時(shí)控制時(shí)軟件和