四旋翼无人机控制系统的设计与实现.pdf

《四旋翼无人机控制系统的设计与实现.pdf》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、硕士学位论文四旋翼无人机控制系统的设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFCONTROLSYSTEMFORFOUR-ROTORUAV亓岳鑫哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V279+.2学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工程硕士学位论文四旋翼无人机控制系统的设计与实现硕士研究生：亓岳鑫导师：曾庆双教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V279+.2U.D.C:629.7DissertationfortheMas

2、terDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFCONTROLSYSTEMFORFOUR-ROTORUAVCandidate：QIYuexinSupervisor：Prof.QingshuangZengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：H

3、arbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要四旋翼无人机因其具有携带方便、结构简单、价格低廉、机动性强等优点，在军用、民用及科研教育等领域有着广泛的应用。自然风对四旋翼无人机的影响不能忽略，这是限制四旋翼使用的一个主要原因。为解决四旋翼无人机抗风能力弱的问题，提高四旋翼对恶劣环境的适应能力，本文结合哈工大鞍山研究院的课题，提出了一种能够改善其抗风性能的控制器设计。首先针对四旋翼无人机平动及角动的运动特点，结合坐标变换建立四旋翼的动力学方程。建立相关的风速模型以分析四旋翼在有风力干扰时的飞行状态，并讨论自然风对四旋翼无人

4、机干扰的作用形式。根据四旋翼的动力学方程，设计分别基于比例切换方法的姿态滑模控制器与基于指数趋近律的姿态滑模控制器，通过两种方法的对比使用控制效果较优的滑模控制器作为最终的控制器。然后进行四旋翼硬件的设计，主要包含四旋翼动力方案选型和飞控板的硬件设计。针对不同器件的供电需求设计独立的供电系统，进行姿态与位置测量传感器的选型及飞控板的电路设计。最后采用自顶向下的分层设计思路进行飞行控制系统的软件设计，针对不同调用频率的多任务执行，提出任务调度的设计，较好地完成了多任务的实时性调度。通过四旋翼无人机的室外飞行实验，证实了本文所设计的控制器能使四旋翼飞行器具备较好的

5、抗风扰效果。关键词：四旋翼无人机；无人机；抗风扰；滑模控制；控制系统-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThefour-rotorUAVhasbeenwidelyusedinmilitary,civil,scientificresearchandeducationfieldsbecauseofitsadvantagesofconvenientcarrying,simplestructure,lowpriceandstrongmobility.Theinfluenceofnaturalwindonthefour-rotorUAVcannotbei

6、gnored,whichisoneofthemainreasonsforlimitingtheuseofthefour-rotorUAV.Inordertosolvetheproblemofweakanti-windabilityoffour-rotorUAVandimprovetheadaptabilityoffour-rotorUAVtoharshenvironment,thispaperpresentsacontrollerdesignwhichcanimproveitsanti-windperformancecombinedwiththesubject

7、ofAnshanResearchInstituteofHarbinInstituteofTechnology.Firstly,accordingtothecharacteristicsofthetranslationalandangularmotionofthefour-rotorUAV,thedynamicequationsofthefour-rotorareestablishedincombinationwithcoordinatetransformation.Therelatedwindspeedmodelisestablishedtoanalyzeth

8、eflightstateofthefo