基于NI myRIO的四旋翼飞行器系统辨识与控制系统的研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100013硕士学位论文（学生类别:全日制学术型硕士研究生学科名称：机械工程论文题目：基于NImyRIO的四旋翼飞行器系统辨识与控制系统的研究英文题目：ResearchonSystemIdentificationandControlSystemofQuadrotorBasedonNImyRIO学生姓名：刘晓宇导师姓名：孟瑞锋副教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要四旋翼飞行器具有结构简单、操作灵活、功能性强和应用范围广等特点，所以广泛应用在军事与民用等各个领域中，非常具有研究价值。但是由于四旋翼飞行

2、器强耦合性和外界因素干扰等原因，使得它的动力学研究与控制系统的设计仍是四旋翼飞行器研究的重难点。而精确的动力学模型又是稳定控制系统的前提，所以本文对四旋翼飞行器做了如下几方面研究：首先在对四旋翼飞行器的研究历史和现状分析的前提下，在硬件方面对四旋翼飞行器的飞行机架、中央控制器和传感器等进行了选型与分析，并完成了组装和焊接，搭建出四旋翼整体框架，为课题的研究提供了稳定的平台。然后在对四旋翼飞行器的飞行机理研究的基础上，对所搭建的四旋翼飞行器在悬停点附近进行了数学模型的建立和模型重要参数的测量，为课题的研究提供了理论依据。其次为得到更精确的动力学模型，选择对四旋翼

3、飞行器三轴角速度的动力学模型进行系统辨识，继而得到三轴姿态角的动力学模型。在得到上述模型的基础上，对串级PID控制算法进行了研究和分析，并通过MATLAB仿真的方法对三轴姿态角和角速度的控制率进行了设计。最终以滚转方向为例，进行实际飞行的实验调试与验证，设计出能达到较好飞行效果的控制参数。最后在对LabVIEW特点和开发步骤进行分析介绍的基础上，分别对IIC数据采集程序图、系统辨识程序图和PID控制程序图进行了编写和调试，完成了对四旋翼飞行器软件系统的搭建。关键词：四旋翼飞行器；系统辨识；串级PID控制；LabVIEW软件I内蒙古工业大学硕士学位论文Abstr

4、actThefour-rotoraircrafthasthecharacteristicsofsimplestructure,flexibleoperation,strongfunctionandwideapplicationrange,soitiswidelyusedinmilitaryandcivilfields.However,becauseoftheinstabilityofthefour-rotorandtheinterferenceoftheexternalfactors,thedesignofitsdynamicsandcontrolsystem

5、isstilladifficultproblemintheresearchofthefourrotarywingspacecraft.Theprecisedynamicmodelisthepreconditionofthestabilitycontrolsystem,sothefour-rotoraerocraftisstudiedinthefollowingaspects:Firstofall,onthebasisoftheanalysisofthehistoryandpresentsituationofthefour-rotoraircraft,inthe

6、aspectofhardware,theflightframe,centralcontrollerandsensorofthefour-rotoraircraftareselectedandanalyzed,andtheassemblyandweldingarecompleted,andthestablefourrotorframeisbuilt,whichprovidesastableplatformfortheresearchoftheproject.Secondly,Onthebasisofstudyingtheflightmechanismofthef

7、our-rotoraircraftandtherealizationofeachflightattitude,theestablishmentofthemathematicalmodelandthemeasurementoftheimportantparametersofthefour-rotoraircraftinthehoverpointarepresented,whichprovidesatheoreticalbasisfortheresearchofthissubject.Than,inordertoobtainamoreaccuratemathema

8、ticalmodel,thecontr