科技创新结题报告

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1、编号:哈尔滨工业大学大学生创新性实验计划项目验收书项目名称：无人飞行器协同控制项目级别：国家级（国家级、校级、院系级）执行时间：2012年6_月至2013年5月负责人：学号:联系电话：电子邮箱：院系及专业：指导教师：指导教师：联系电话：联系电话：院系及专业：航天学院航天工程系飞行器设计专业哈尔滨工业大学本科生院填表日期：2013年4月10日一、课题组成员：（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院年级学号身份证号本人签字二、指导教师意见:签名：年月日三、院（系）专家组意见:组长签名:（盖章）年月日四、学校专家组意见:组长签名：（盖章）五、项目成果:（一）申请专利情况:序号专利名称发明人专利屮请

2、号备注注：请将专利申请书复印件作为附件报送。（二）发表论文情况：序号论文题冃作者刊物名及期号备注注：请将所发表论文及其当期刊物封皮、目录的复印件作为附件报送。（三）其它成果（软件、模型、图纸或作品等）：序号名称说明1控制板原理图及PCB图根据任务需耍，査找DSPF2808的相关资料，设计出飞控板原理图2飞控板电路板根据原理图制作岀PCB板，然后买元器件请人焊接3四旋翼飞机模型4四旋翼飞机控制仿真5飞行控制软件六、项目研究结题报告1、课题研究目的近年来，无人机（UAV）的应用和研允广泛受到有关各个方面的重视。四旋翼无人机由于能够垂直起降（VTOL）、自由悬停，可适应于各种速度及各种飞行剖而航路

3、的飞行状况，逐渐成为航空学术研究中新的前沿和热点。很多实验室和大学都有四旋翼无人机研究项目，许多研究机构成功开发了具备在简单约束条件下全自主飞行能力的四旋翼无人机，并经行了编队飞行协同控制的研究。而系统控制需要操控方便，运行平稳的飞行器，传统的直升机模型很难做到，但是四旋翼无人机却可以。为了了解四旋翼无人机的基本组成、控制原理以及编队飞行的相关原理，在老师的指导帮助下开展此次课题，制作四旋翼无人机，在条件成熟的基础上，尝试开展协同控制的研究。2、课题背景几年来，无人机（UAV）的应用和研究广泛受到有关各个方面的重视。世界主耍国家在发展长航时无人机和无人作战飞机的同时，也在着力发展小型和微型无

4、人机，不断研制无人机小型化，甚至微型化的技术。随着嵌入式处理器、微传感器技术、控制理论的发展，微机电系统技术也在军事、民用等各方面的应用，微型无人机可以完成超低空侦察、干扰、监视等各种复杂的任务。四旋翼无人机由于能够垂直起降（VTOL）＞自由悬停，可适应于各种速度及各种飞行剖面航路的飞行状况。它具有如下儿个特点：1）体积小、重量轻、隐蔽性好，适合多平台，多空间使用，可以在地面、军舰上灵活垂直起降，不需要弹射器、发射架进行发射；2）飞行高度低，具有很强的机动性，执行特种任务能力强，微小型四旋翼无人机飞行高度为几米到几百米，飞行速度为每秒几米到几十米，适应于建筑物等复杂地形；3）结构简单，成本低

5、，安全性好，拆卸方便，易于维护。国外很多实验室和大学都有四旋翼无人机研究项目，斯坦福大学STARMAC工程先后改装了两款四旋翼无人机，其中STARMACI使用GPS和惯导传感器可以跟踪预定航点轨迹飞行；STARMACII为其改进型,釆用碳纤维结构，推力更大，在飞行过程中能白主控制高度和姿态，主要用于复杂环境中搜索、营救、监视和网络小移动传感器。STARMAC工程的目的是四旋翼系统有可靠的。完全自主航点跟踪的能力，使其成为一个测试平台，具备多飞行器协同飞行水平。该项目未来的发展目标是，运用多智能体技术来提高四旋翼协同飞行能力。四旋翼未來的发展趋势主要朝三个方向：1）智能传感技术；2）自主控制技

6、术；3）多机编队协同控制技术。3、课题研究主要内容研究内容分为两部分，第一部分为四旋翼飞行器的制作，该部分又分为硬件部分制作和软件部分编写；第二部分为系统控制研究，第一部分为理论研究，第二部分为实验研究。（1）四旋翼飞行器制作硬件研究：为了制作四旋翼无人机，需要了解四旋翼无人机的基本组成。通过查阅相关资料，了解四轴飞行器制作所需要的硬件基础，如主控芯、无刷直流电机、螺旋桨、电调、传感器、电池等，设计出辅助电路并制作电路板，购买相关的器材，初步搭建出飞行器模型。软件研究：建立四旋翼无人机的六自rti度数学模型，并在数学模型的基础上主要研究了pid控制和integralBackstepping控

7、制方法对飞行控制的影响，利用Matlab/Simulink建立相应的仿真模型，比较了两种控制方法的不同。四旋翼无人机是欠驱动系统，本项目对系统解耦合成俯仰，横滚和偏航三个轴的动作，分别对做了三个RBF神经网络整定的PTD控制，达到了让飞行器稳定飞行的目的。（2）协同控制的研究理论研究：了解无人飞行器协同控制开发需求和应用方法，选用长机僚机的飞行模式。设定预设的编队结构，通过对长机的航向速度、航向角和高度跟踪来