四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

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1、犬－＇ｉｌ拔大爱ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｆｉＳＳ士室位文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ？＾Ｅ（ｌ／＾＼？．．．：四旋翼飞行器控制系统的设计与实现系统工程—＿＿＿学科专业作者姓名．ｉＬＭ？指导教师一王—东—Ｍ教援＿２０１５年６月答辩日期硕士学位论文四旋翼飞行器控制系统的设计与实现‘？－ＤｅｓｉｎａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒａｕａｄｒｏｔｏｒｇｐＱ作者姓名：高

2、京都学科、专业：系统工程学号：２１２０９１４０指导教师：王东完成日期：２０１５年５月１日大遠理工大營ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研宄工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体己经发表的研宄成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实

3、之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目ｐ旋制＾：ｇ作者签名：ｊｉｉ１４日期：年《月《日大连理工大学硕士学位论文＾摘要一四旋翼飞行器是种电动的、能够垂直起降的多旋翼式遥控或者自主飞行器。具有结构简单、造价低廉、定点降落、悬停等特点。随着科技水平的进步，四旋翼飞行器的发展己经取得了很大的进步，现已被广泛应用于航拍、森林防火、侦查、救援等民用和军用领域。本文釆用ＰＩＤ控制算法和线性自抗扰控制算法分别设计了四旋翼飞行器的控制系统。本文对于四旋翼飞行器的控制问题，分析了四旋翼飞行器的工作原理，描述了地面

4、－欧拉方程建立了四旋翼飞行器的数学模型坐标系和机体坐标系，根据牛顿。用四元数法表示四旋翼飞行器的姿态角，并基于互补滤波数据融合算法设计了惯性测量单元模块来估计姿态角ａｒｔ－Ｒ飞行器实验平台的硬件结构组成和；介绍了实验室自主研发的ＳｍＱ其整体系统的结构图。首先釆用串级ＰＩＤ控制算法来设计四旋翼飞行器的控制系统。将控制系统划分俯一、、仰横滚偏航和高度四个通道，每个通道都设计个单独的串级ＨＤ控制器，其中外环回路和内环回路分别是姿态角控制回路和角速度控制回路。在Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境构建飞行器的控制系统，仿真实验验证了控

5、制算法的有效性以及抗扰性；在ＫｅｉｌＭＤＫ开ａｒ－发环境编写程序，并下载到ＳｍｔＱＲ飞行器的微处理器中，在线整定ＰＩＤ参数，通过一实物实验进步验证了其有效性。Ｓｍａｒ－已经整定好的ＰＩＤ参数就需要重新整由于ｔＱＲ飞行器可能会挂载其它设备，定。因此，采用了基于线性自抗扰控制器来设计四旋翼飞行器的控制系统。为了避免大误差，设计了跟踪微分器为输入安排合理的过渡过程；设计了线性扩张状态观测器，能够估计系统的整体扰动并补偿到系统中，使系统简化成容易控制的串联积分型对象。在Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境构建飞行器的控制系统，仿真实验验证

6、了线性自抗扰控制算法的有ＰＩＤ。Ｓｍａｔ－Ｒ飞效性和抗扰性，并与进行对比最后，在ｒＱ行器上编写程序，在线整定一。参数，通过实物实验进步验证了其有效性关键词：四旋翼飞行器级ＰＩＤ控制；惯性测量单元；串；线性自抗扰控制－－Ｉ四旋翼飞行器控制系统的设计与实现ＤｅｓｉｎａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｓｔｅｍｆｏｒａｕａｄｒｏｔｏｒｇｐｙＱＡｂｓｔｒａｃｔＡｕａｄｒｏｏｒａｎｄｏｆｅｅｃｃｍｕｔ－ｏｏｒｖｅｒｃａｔａｅ－ｏｆｆａｎｄａｎｄｎｒｅｍｏｅｃｏｎｒｏｌｔｉｓｋｉｌｔ

7、ｒｉｌｉｒｔｔｉｌｋｌｉｔｔｑ，ｇ，ｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓａｉｒｃｒａｆｔ．Ｉｔｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｓｏｆｓｉｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｗｃｏｓｌａｎｄｉｎｏｎｔａｎｄｌｌｔｉｇｐ，，ｇｐｈｏｖｅｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏａｕａｄｒｏｔｏｒｈａｓｍａｄｅｒｅａｔｒｏｒｅｓｓｐｇｙ，ｑｇｐｇａｎｄｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｃｉｖｉｌｉａｎａｎｄｍｉｌｉｔａｒｙｆｉｅｌｄｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｅｒ

8、ｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，ｆｏｒｅｓｔｆｉｒｅｒｅｖｅ