四轴飞行器自主飞行的研究

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1、学校代号10536学号12105030504分类号TP302密级公开硕士学位论文四轴飞行器自主飞行的研究学位申请人姓名徐大远培养单位长沙理工大学导师姓名及职称王英健教授学科专业控制理论与控制工程研究方向智能控制论文提交日期2015年4月学校代号：10536学号：12105030504密级：公开长沙理工大学硕士学位论文四轴飞行器自主飞行的研究学位申请人姓名徐大远指导教师王英健教授所在学院电气与信息工程学院专业名称控制理论与控制工程论文提交日期2015年4月论文答辩日期2015年5月答辩委员会主席李树涛教授Rese

2、archonAutonomousFlightofQuadcopterbyXUDayuanB.E.(HunanUniversityofArtsandScience)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinControlTheoryandControlEngineeringinChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisor

3、ProfessorWangYingjianApril,2015长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加臥标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，巧。对论文的硏究做出重要贡献的个人和集体己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承扭。－、２作巧签名：曰期：年月Ｈ長Ａ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、责用学位论文的规定，同意学校

4、保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借閒。本人授权长沙理工大学可ｙ？将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进、。行检索，可抖采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于１、□。保密，在年解密后适用本授权书？２、不保密回（＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）、：作者签名星日期；年月曰方巧６、己命导师签名：曰期：

5、年月曰〇；、＾［￥，＾；１摘要四轴飞行器被越来越多地应用到军事、高危作业及一般民用领域，例如对自然灾害或恐怖袭击发生地区进行情报信息的收集、实时监测有害污染物的动向和第一人物视角航拍等。四轴不但有巨大的实用价值，还具有很好的科研价值，它为惯性导航技术、传感器技术、自动控制理论和计算机技术等多技术领域提供了一个研究平台。国内针对四轴的研究主要集中在姿态控制上，对于四轴飞行器自主飞行控制的研究还比较少。从上述实用、科研等多方面考虑，论文设计了一种小型可自主飞行的四轴飞行器，做了以下工作：（1）详细介绍了四轴飞行

6、器的机械结构和飞行原理，对其动力学和运动学特性进行了分析，建立了简化的动力学模型。采用PID控制算法设计了飞行控制器。（2）针对四轴飞行器自主飞行任务，综合考虑飞行路径约束条件进行了飞行路径规划。基于数控系统插补算法提出了飞行轨迹规划算法，在进行多次飞行试验后，发现该算法飞行效果不理想。基于此，在对目前国内外应用较多的飞行轨迹规划算法进行改进后，提出了飞行轨迹规划改进算法，使得飞行器能够按照预定路径进行自主飞行。（3）设计了飞行任务控制器。飞行任务控制器根据规划的飞行轨迹，给出飞行控制输入量，指挥四轴飞行器按照

7、预定规划路径进行自主飞行，是飞行任务控制系统的核心部分。（4）对飞行控制系统进行了硬件和软件设计，给出了相应硬件原理图和控制系统软件流程图。利用Matlab/Simulink控制系统仿真平台，采用最优PID自整定方法，对飞行控制器进行了仿真，并对仿真曲线进行了具体分析。最后，制作了四轴飞行器试验样机并进行了飞行试验，试验表明样机能够按照预定规划路径进行自主飞行。论文在考虑飞行路径约束条件的前提下，进行了飞行路径规划。基于数控插补算法，给出了飞行轨迹规划算法；对目前国内外应用广泛的飞行轨迹规划算法进行改进后，提出

8、了一种飞行轨迹规划改进算法。设计了一个飞行任务控制器，使得飞行器能够按照预定规划路径进行自主飞行。通过仿真和飞行试验，验证了飞行控制器和飞行轨迹规划算法的可行性，实现了自主飞行的目标。关键词：动力学模型；PID控制；飞行轨迹规划；飞行任务控制；仿真与试验IAbstractQuadcoptersareincreasinglybeingappliedtothemilitary,high-r