四旋翼飞行器控制与实现

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1、犬－ｉｌ嫂大學ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ工酵硕士字位记文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮＡｗ四旋翼飞行器控制与实现鄉江禾呈工程领域米培良作者姓名指导教师＿＿＿答辩日期专业学位硕士学位论文四旋翼飞行器控制与实现ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｕａｄｒｏｔｏｒｐＱ作者姓名：米培良工程领域：控制工程学号：３１３０９０４３指导教师：郭戈完成日期：２０１５年５月５日大違理工大摩ＤａｌｉａｎＵｎｉ

2、ｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ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究工作所取得的成果。尽我所知，除文中巳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巳经发表的研究成果，也不包含其他巳申请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究所做的贡献均巳在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目ｉｇ旋推名建現＞：作者签名：申培反日期：械年月日—Ｌ＿＾＿＿大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要四旋

3、翼飞行器因其结构简单，、方便操控、机动灵活、可垂直起降等特点得到越来越广泛的应用，，具有重要的军用和民用价值。同时，四旋翼飞行器的动力学模型具有欠驱动、强親合、非线性和不确定等特性，使其成为控制领域比较典型的被控、多变量。对象，越来越多的用于各种控制理论与算法的验证首先，本文对四旋翼飞行器的研宄与发展现状进行广泛细致的调研，主要包括控制算法、、建模与辨识方法、传感器技术、视觉导航与定位技术比较成熟的四旋翼飞行器实验平台以及开源的飞行器控制项目等。其次，基，，根据四旋翼飞行器结构与机理特点于欧拉角姿态表达方法从空间运动和旋转运动六个自由度，对四

4、旋翼飞行器动力学模型进行分析，为接下来控制器设计提供依据。一本文分别釆用两种方法设计四旋翼飞行器的控制器。第种方法，对四旋翼飞行器动力学模型进行线性化处理，为每个控制通道设计ＰＩＤ控制器。第二种方法，直接针对原始的四旋翼飞行器动力学模型，运用反步法设计非线性控制器。利用０Ｓ４Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ对两种控制器进行仿真与对比分析。此外，本文对四旋翼飞行器基于ＡＨＲＳ的互补滤波姿态解算方法，基于光流的运动估计方法以及基于超声波传感器的高度估计方法进行分析与研宄，并分别给出实际实现形式。最后，以开源飞控项目Ｍｕｌｔｉｗｉｉ为基础，搭建四旋翼飞行器实验

5、平台，完成室内条件下对四旋翼飞行器姿态控制、高度控制、定点悬停控制的实验。关键词：四旋翼飞行器；反步法；；姿态解算光流－－Ｉ四旋翼飞行器控制与实现ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｕａｄｒｏｔｏｒｐＱＡｂｓｔｒａｃｔＤｕｅｔｏｉｔｓｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅａｓｙｈａｎｄｌｉｎｇ，ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ，ｖｅｒｔｉｃａｌｔａｋｅｏｆｆａｎｄｌａｎｄｉｎｇＶＴＯＬｕａｄｒｏｔｏｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｍｏｒｅ

6、ａｎｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｗｉｔｈ（），ｑｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｖａｌｕｅｉｎａｒｍｙａｎｄｃｉｖｉｌ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｕａｄｒｏｔｏｒｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｑｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｕｎｄｅｒａｃｔｕａｔｅｄｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅｒｅａｔｃｏｕｌｅｄａｎｄｕｎｃｅｒｔｉｎｔｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｓｅ，ａ，，ｙ，，ｇｐｙｆｅａｔｕｒｅｓｈａｖｅｍａｄｅｕａｄｒｏｔｏｒｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｔｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｂｅｃｔｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｃ

7、ｏｎｔｒｏｌｌｉｎｑｙｐｊｇａｎｄｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｔｈｅｉｎｏｖａｔｉｖｅｔｈｅｏｒａｎｄａｌｏｒｉｔｈｍｏｆｃｏｎｔｒｏｌ．ｙｙｇＦｉｒｓｔｌｔｈｉｓａｅｒｈａｖｅｈａｄａｗｉｄｅａｎｄｃａｒｅｆｕｌｓｕｒｖｅｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｅｏｆｓｔｕｄａｎｄｙ，ｐｐｙｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｑｕａｄｒｏｔｏｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏ