無人飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、四旋翼無人飛行器是一種具有垂直起落結(jié)構(gòu)的新型無人飛行器。與固定翼無人機(jī)相比，能夠完成定點(diǎn)定高懸停、低空飛行、3D飛行等飛行任務(wù)；與直升機(jī)相比，又具有較弱的陀螺效應(yīng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)要求較低，控制簡單等優(yōu)勢。近年來，已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。
　　四旋翼無人飛行器能夠完成定點(diǎn)懸停、垂直起降、室內(nèi)飛行等任務(wù)，在軍用和民用領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景，近年來成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　本文在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過自制的四旋翼無人飛行器平臺(tái)，對(duì)四旋翼數(shù)

2、學(xué)模型和姿態(tài)控制問題進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)基于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論的多種四旋翼無人飛行器姿態(tài)控制器，并對(duì)其進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)。論文的主要工作如下：
　　首先，本文對(duì)四旋翼無人飛行器的工作原理和其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。分析四旋翼產(chǎn)生姿態(tài)變化的動(dòng)作過程并以四元數(shù)姿態(tài)描述法對(duì)其進(jìn)行姿態(tài)描述，建立飛行器的控制系統(tǒng)模型。
　　其次，設(shè)計(jì)四旋翼無人飛行器姿態(tài)控制器。在系統(tǒng)簡化模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論的姿態(tài)控制器，針對(duì)變結(jié)構(gòu)控制中的抖振問

3、題，對(duì)所設(shè)計(jì)的姿態(tài)控制器進(jìn)行了改進(jìn)：指數(shù)趨近律法、變邊界層法、非奇異終端滑模方法和二階滑模方法。并在MATLAB環(huán)境中對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行仿真分析。
　　然后，搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。從飛行器主控系統(tǒng)、姿態(tài)信息采集系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)四個(gè)主要子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成、元器件的選型以及直流無刷電機(jī)的控制等問題展開研究。
　　最后，利用本文設(shè)計(jì)的四旋翼無人飛行器平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)的控制器分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文設(shè)計(jì)的姿