有纜多旋翼飛行器控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、多旋翼飛行器有著廣泛的應(yīng)用前景，在民用、軍事、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。多旋翼飛行器有著直升機一樣垂直起降、定點懸停的特性，但與直升機相比更具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等優(yōu)勢。相比于固定翼無人機，多旋翼飛行器具有定點懸停，起降空間小，低空飛行等優(yōu)點。但多旋翼飛行器存在自身的缺陷是續(xù)航能力不足，滯空時間很短；對于需要在重點監(jiān)測環(huán)境下的應(yīng)用，并不能保證實時監(jiān)測作用。因此需要研究一種能夠長時間的滯空停留、定點監(jiān)測系統(tǒng)，在此提出有纜多

2、旋翼的研究，這樣可以解決全天候?qū)崟r監(jiān)測下的問題。在解決了能源不能長時間供應(yīng)的問題，多旋翼就需要一個穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在這里執(zhí)行了眾多的任務(wù)，因此控制系統(tǒng)的設(shè)計起著關(guān)鍵性作用。本系統(tǒng)以多旋翼飛行器為研究對象，展開對有纜多旋翼飛行器控制系統(tǒng)一系列的設(shè)計研究。
　　首先，對有纜多旋翼飛行器系統(tǒng)組成做簡要介紹，分析了多旋翼飛行器基本結(jié)構(gòu)與工作原理，由牛頓-歐拉定理建立了六旋翼飛行器的位移動態(tài)方程和旋轉(zhuǎn)動態(tài)方程；分析了纜繩的受力情

3、況，由懸垂線理論推導(dǎo)出了線纜受力模型，在此基礎(chǔ)上建立了有纜六旋翼飛行器的動力學(xué)模型。
　　其次，按照飛行器執(zhí)行任務(wù)及設(shè)計要求，采用了模塊化設(shè)計理念，設(shè)計了系統(tǒng)的硬件和軟件。硬件設(shè)計主要是主控制器接口的設(shè)計；軟件設(shè)計有系統(tǒng)總體運行設(shè)計，各個模塊驅(qū)動的設(shè)計。數(shù)據(jù)采集及分析，采用四元數(shù)對飛行器進行姿態(tài)解算；數(shù)字濾波器的設(shè)計有互補濾波器、卡爾曼濾波器的設(shè)計。接下來進行控制算法設(shè)計，分析了經(jīng)典PID控制算法，系統(tǒng)采用雙閉環(huán)串級PID控制算法