四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)辨識(shí)研究.pdf

1、四旋翼飛行器的多輸入多輸出非線性特性導(dǎo)致其準(zhǔn)確機(jī)理模型的獲取相當(dāng)困難，而通過系統(tǒng)辨識(shí)可以相對(duì)容易得到飛行器的數(shù)學(xué)模型。測(cè)試信號(hào)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)辨識(shí)最終成敗的關(guān)鍵要素，最優(yōu)測(cè)試信號(hào)旨在利用最小測(cè)試功率來獲取對(duì)象過程的最大信息。本文工作主要包括飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和閉環(huán)最優(yōu)測(cè)試信號(hào)的設(shè)計(jì)，利用最優(yōu)測(cè)試信號(hào)對(duì)飛行器模型進(jìn)行辨識(shí)，在辨識(shí)模型基礎(chǔ)上優(yōu)化PID控制器參數(shù)，并利用仿真和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提出辨識(shí)方案的可行性;具體如下:
　　1.設(shè)計(jì)完成飛

2、行器硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。詳細(xì)分析四旋翼飛行器的飛行原理和機(jī)理模型，指出“X”模式下飛行器通過電機(jī)轉(zhuǎn)速差完成六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng);通過機(jī)理模型分析和仿真建模充分把握飛行器運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及控制特性;根據(jù)反饋控制框架完成飛行控制系統(tǒng)的整體硬件方案設(shè)計(jì);完成硬件選型和電路設(shè)計(jì)。
　　2.根據(jù)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成軟件方案設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)基于串級(jí)PID控制的控制算法，該算法內(nèi)環(huán)控制對(duì)象為三軸角速率，外環(huán)控制對(duì)象為姿態(tài)角;結(jié)合不同姿態(tài)傳感器高低頻特性互補(bǔ)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)基于

3、互補(bǔ)濾波的四元素姿態(tài)解算算法，該算法可解決“萬向軸鎖”問題;根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)編寫底層控制和上位機(jī)軟件代碼;完成軟件模塊測(cè)試和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)飛行實(shí)驗(yàn)。
　　3.實(shí)現(xiàn)一種最大信息的閉環(huán)最優(yōu)測(cè)試信號(hào)設(shè)計(jì)方法。該方法充分考慮噪聲模型，將參數(shù)協(xié)方差矩陣在頻域范圍內(nèi)展開，構(gòu)造一個(gè)約束條件為線性不等式的凸優(yōu)化問題進(jìn)行求解并將測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)化為余弦信號(hào)疊加表達(dá)式;Monte-Carlo測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明相同功率的前提下該測(cè)試信號(hào)能比隨機(jī)二迸制和廣義二進(jìn)制噪聲信號(hào)得到