作業(yè)型四旋翼飛行器平臺軌跡跟隨控制研究.pdf

1、四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)簡單、性能出色，特別是其在三維空間中的靈活性與穩(wěn)定性，吸引了各領(lǐng)域人士的關(guān)注。人們對四旋翼飛行器的研究熱情就像是上個(gè)世紀(jì)對二維地面小車一樣狂熱。搭載有不同載荷的四旋翼飛行器可以用來進(jìn)行三維地圖構(gòu)建、環(huán)境探索、貨物運(yùn)輸、輔助農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控等工作。而提供可靠的飛行平臺，保證飛行的穩(wěn)定性是我們控制學(xué)科的研究重點(diǎn)。本文針對作業(yè)型四旋翼平臺就以下內(nèi)容進(jìn)行展開:
　　1.基于Pixhawk開源飛控搭建飛行器實(shí)驗(yàn)平臺，利用剛體動

2、力學(xué)分析方法對四旋翼飛行器進(jìn)機(jī)理行建模，給出位姿驅(qū)動方程。結(jié)合原有導(dǎo)航方案，給出一套基于卡爾曼濾波的多傳感器組合導(dǎo)航框架，并且根據(jù)機(jī)身攜帶傳感器修改飛行器導(dǎo)航部分，得到精確的飛行器位姿估計(jì)。
　　2.因?yàn)樗男盹w行器具有很強(qiáng)的非線性，并且會受到槳葉揮舞以及誘導(dǎo)阻力等現(xiàn)象帶來的擾動，所以開源飛控中原有的基于線性小角假設(shè)的串級PID控制器很難保證飛行性能。中科院系統(tǒng)所韓京清教授提出的自抗擾控制器(ADRC)是估計(jì)補(bǔ)償不確定性因素的控制

3、技術(shù)，在相位上有超前的特性，對于參數(shù)不確定，時(shí)變非線性系統(tǒng)有很好的控制效果，同時(shí)對外部擾動也有很強(qiáng)的魯棒性。本文將自抗擾控制器引入四旋翼飛行器平臺，設(shè)計(jì)了基于非線性姿態(tài)表述的自抗擾控制器。并引用線性系統(tǒng)中帶寬思想，簡化參數(shù)整定過程。
　　3.針對作業(yè)型飛行器平臺，給出了幾種常見的空中作業(yè)軌跡。設(shè)計(jì)線性與非線性軌跡跟蹤控制器，同樣把自抗擾控制中擾動觀測的方法加入軌跡跟蹤控制，補(bǔ)償空氣阻力以及作業(yè)負(fù)載在作業(yè)過程中給四旋翼平臺帶來的擾動