四旋翼飞行器控制算法的设计与研究

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1、分类号：密级位代码１０１５１ＵＤＣ单：？乂是洛事乂拿全曰制学术型硕±研究生学位论文四旋翼飞行器控制算法的设计与硏究姚镑婷指导教师郭戈教授申请学位类别工学硕±学科巧业）名称控制科学与工程学位授予单位大连海事大学２０巧年１月密级分类号ＵＤＣ单位代码１０１５１大连海事大学全日制学术型硕±研究生学位论文四旋翼飞行器控制算法设计与研究姚婷婷指导教师郭戈职称教授学位授予单位大连海事大学申

2、请学位类别工学硕±学科（专业）控制科学与工程论文完成日期２０１４年１２月答辩日期２０１５年１月答辩委员会主席ＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｔｕｄｙｏｆＱｕａｄｒｏ化ｒ乂化ｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄ化ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＩｎａｒｔｉａｌｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆｐｑｇＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｂ

3、ｙＹａｏＴｉｎｌｉｎｇｇＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎ（ｇ）ＴｈｅｓｉｓＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＧｕｏＧｅＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１４大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕±举位论文＂＂四旋翼飞行器控制算法设计与研究。陈论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本论文中不包含任何

4、未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：Ａ麟学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文目的规定，Ｐ：大连海事大学有权保留并向国家有关部口或机构送交学位论文的复印件和电子版，化许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可Ｗ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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕±学

5、位论文全文数据库》（中国学术期刊（光盘版）电子杂志化）、《中国学位论文全文数据库》（中国科学技术信息研究所）等数据库中，并Ｗ电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密□年解密后适用本授权书。呵＂＂不保密（请在上方框内打Ｖ）论文作者齡导师齡：日期：迎化年／月＾日中文摘要摘要、四旋翼飞行器的体积小、易隐蔽重量轻，功耗低，机械构造简单，容错能力强等。优点使得四旋翼飞行器具有较广泛的应用范围但是，与此同时四旋翼飞行器系统也具

6、有非线性一、强稱合性和欠驱动的特性，这给系统的控制带来了定的困难。介绍了四旋翼飞行器的研究意义和背景，给出了飞行器的飞行原理、四旋翼飞行器的发展经过，详细分析和介绍了近几年国内外四旋冀飞行器的研究现状，包括主要的研究领域和应用在四旋翼飞行器控制中的常见的控制方法。为了完成四旋翼飞行器的悬停和匀速飞行的任务，对比分析了几种姿态表示方法的优劣，基于文中飞行器的控制姿态角都在小角度范围内，，选择了适合的欧拉角表示法建立了相应坐标系，并Ｗ此为基础对四旋翼飞行器系统建模。一因为非线性系统控

7、制具有定的团难，所在实现四旋翼飞行器由初始状态运动到指定的位置并在该点悬停的任务时，选择了将飞行器系统近似线性化的方法。将四旋翼飞行器系统进行近似线性化，包括ＰＤ，，对线性化后的系统采用几种线性控制方法方法极点配置法和线性二次型调节器最优设计法（ＬＱＲ：ＬｉｎｅａｒＱｕａｄｒａｔｉｃＲｅｇｕｌａｔｏｒ）。通过Ｓｉｍｕｌｉ址仿真对比了Ｗ上几种线性控制方法应用在飞行器系统中得到的效果，并验证了近似线性化方法的有效性，最后将ＰＤ控制方法应用到四旋翼飞行器的实验中。采用双闭环的结构对飞行

8、器系统进行控制，实现飞行器的匀速飞行。两个控制环分别为内环角度环和外环速度环，对内环选用精确反馈线性化的方法，将內环得到的输出。作为外环系统的控制输入，实现外环的控制对内环姿态角系统、外环速度系统、四旋翼飞行器整体系统分别进行了仿真，验证了各自的稳定性和有效性。关键词：四旋翼飞行器；线性化；ＰＤ控制；线性二次型调节器英文摘要ＡＢＳＴＲＡＣＴＱｕａｄｒｏｔ