新型多旋翼飞行器控制系统设计与实现

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1、硕士学位论文新型多旋翼飞行器控制系统设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFANEWMULTI-ROTORAIRCRAFTCONTROLSYSTEM赵永亮哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V249.1学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工学硕士学位论文新型多旋翼飞行器控制系统设计与实现硕士研究生：赵永亮导师：周超英教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:V249.1U.D.C:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFANEWMULTI-ROTORAIRCRAFTCONTROLSYSTEMCandidate：ZhaoYongliangSupervisor：Prof.ZhouChaoyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineerin

3、gAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要多旋翼飞行器由于其结构简单，机动灵活，能够实现悬停、垂直起降等特点，随着自动控制理论的深入研究，以及微型传感器的广泛应用，近年来多旋翼飞行器受到广泛的关注。目前多旋翼飞行器已经应用在了影视航拍、飞行表演、农药喷洒以及环境监测等任务中，同时对

4、飞行器的载重要求也越来越高，使其能够搭载更多的设备。然而目前增加载重能力的方法主要是增大轴距以及旋翼尺寸，但带来的问题就是不方便携带尤其是在远距离运输时，且大旋翼在高转速下非常危险容易造成人员伤亡。为了解决这一问题，本文设计了一种新型样机，在不增加轴距的情况下增加旋翼的载重能力，运用不同控制方法对飞行器模型进行仿真分析，并在样机上进行编程实现。本文在四旋翼飞行器的基础上重新设计了一种五轴样机，其特点是在四轴飞行器的腹部增加第五旋翼，建立样机的三维模型，并采用碳纤维板对样机的机架进行加工，选取相应模块

5、搭建样机平台。分析并建立了改进后的该样机的动力学模型，并通过实验确定了模型的相关参数，包括升力系数、扭矩系数、比例系数等，并搭建了飞行器的Matlab仿真平台。根据样机的动力学模型，分别设计了PD以及反步法控制器，并使用Matlab工具包进行了仿真实验，结果表明PD控制方法调节平稳且没有超调量，而反步法响应速度快，但存在着一定的超调量。编写了飞行器的控制程序并在样机上进行了实验验证，同时测量了飞行器的升力，实验结果表明在飞行器腹部增加旋翼能够提高21.3%的升力。关键词：多旋翼；PID；反步法；Ma

6、tlab仿真；轨迹跟踪I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMulti-rotortypeaircraftisakindofverticalelevatorhasmultipledegreesoffreedomwiththeadvantagesofsimplestructure,flexiblemobility,canachievehover,verticaltake-offandlanding,etc.Inrecentyears,multi-rotortypeaircrafthaveat

7、tractedmuchattentionwiththedeepresearchinthetheoryofautomaticcontrol,andthewidelyapplicationofthemicrosensor.CurrentlymanyrotoraircrafthasbeenusedinthefilmandTVaerial,flightperformance,pesticide,sprayingandenvironmentalmonitoringandothertasks.Atthesame

8、time,thereisaincreasinglyloadrequirements,sothattheaircraftcanpickupmoreequipment.Themethodofincreasingloadcapacityisincreasethewheelbaseandtherotorsize.However,thecorrespondingproblemisinconvenientlycarrying,especiallyduringlongdistanc