四旋翼飞行器轨迹及运动目标跟踪控制研究

《四旋翼飞行器轨迹及运动目标跟踪控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文MASTER′SDISSERTATION论文题目四旋翼飞行器轨迹及运动目标跟踪控制研究作者姓名张佳学位类别工程硕士指导教师王洪斌教授2016年5月中图分类号：TP242学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文(应用研究型)四旋翼飞行器轨迹及运动目标跟踪控制研究硕士研究生：张佳导师：王洪斌教授副导师：孙景宽高工申请学位：工程硕士学科专业：控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinControlEngineeringRES

2、EARCHOFTRAJECTORYANDMOVINGTARGETTRACKINGCONTROLFORAQUAD-ROTORAIRCRAFTbyZhangJiaSupervisor:ProfessorWangHongbinYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《四旋翼飞行器轨迹及运动目标跟踪控制研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的

3、研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要四旋翼飞行器由于具有垂直起降、自主悬停和控制灵活等优点，越来越广泛地被应用到军事、工业生产和生活中。随着应用领域的不断扩展，对其控制精度提出了越来越高的要求，尤其是在室内狭小的环境内，控制精度往往决定着其应用的价值。本文对四旋翼飞行器的姿态解算、轨迹跟踪及运动目标跟踪进行相关研究。主要工作如下：首先，对四旋翼飞行器的关键技术及国内外研究现状进行了详细阐述，分析了飞行器的系统组成和飞行原理，针对四

4、旋翼飞行器非线性、强耦合、多变量和欠驱动的特点，结合飞行器飞行时接近悬停的运动状态，建立了四旋翼飞行器的动力学模型。其次，对四旋翼飞行器轨迹跟踪系统进行了程序设计，搭建了轨迹跟踪实验平台，采用基于视觉的室内空间三维运动捕捉系统对飞行器进行位置反馈，针对四旋翼飞行器姿态解算问题，采用卡尔曼滤波算法对飞行器进行姿态解算，并分别采用PID和模糊PID两种控制器实现了对四旋翼飞行器的姿态调整和位置控制，实验结果表明四旋翼飞行器能按预定的轨迹平稳飞行，模糊PID控制器有更高的控制精度。最后，在轨迹跟踪的基础上，设计了四旋翼飞行

5、器运动目标跟踪系统。搭建了系统实验平台，该实验平台由地面控制中心、四旋翼飞行器、地面移动机器人和室内空间三维运动捕捉系统组成。设计程序实现了在未知地面移动机器人轨迹的情况下四旋翼飞行器对地面移动机器人的跟踪，实验结果进一步表明模糊PID控制器具备更好的控制特性。关键词：四旋翼飞行器；轨迹跟踪；运动目标跟踪；PID控制；模糊控制；卡尔曼滤波；视觉导航-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractBecauseoftheadvantagesofverticaltake-offandlanding,autonomousho

6、veringandflexiblecontrol,thequad-rotoraircrafthasbeenwidelyusedinmilitary,industrialproductionandlife.Withtheexpansionofapplication,therequirementforitscontrolprecisionishigherandhigher.Especiallyintheindoorenvironment,thevalueoftheapplicationisoftendecidedbyth

7、econtrolprecision.Inthispaper,theresearchworkisfocusedontheattitudecalculation,trajectorytrackingandmovingtargettrackingofthequad-rotoraircraft.Themainworkofthispaperisasfollows:Firstly,thispaperexpatiatesthequadrotor'skeytechnologiesandresearchsituationofdomes

8、ticandforeign.Thesystemcompositionandflightprincipleoftheaircraftareanalyzed.Accordingtothecharacteristicsofnonlinear,strongcoupling,multivariableandunderactuatedofquad-roto