段继蒙小型简易四旋翼飞行器的设计与实现

检索汇报小型简易四旋翼飞行器设计与实现系所:电子工程系专业:集成电路设计与制造班级:集成班12023名:段继蒙学号:检索日期年月日2023531序言四旋翼式飞行器因其起飞和降落所需空间较少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态保持能力较强日勺长处，在民用和军事领域均有广泛的应用前景其中，小型四旋翼飞行器H勺研究近年来日趋成熟，并为自动控制，先进传感技术以及计算机科学等诸多技术领域的融合研究提供了一种平台在空中机器人智能控制，三维途径规划，多飞行器空中交通管理和碰撞规避等方面，小型四旋翼飞行器控制系统都具有很高口勺研究价值本论文对小型四旋翼飞行器日勺多种飞行控制算法展开研究，并通过大量的计算机仿真加以验证论文的重要工作和奉献如下1）小型四旋翼飞行器动力学建模将四旋翼飞行器看作刚体，选用影响飞行器运动日勺关键受力和力矩，之后根据牛顿定律和欧拉方程，推导出有关三个平动位移量和三个转动位移量日勺动力学方程2）基于经典PID算法的I四旋翼飞行器系统日勺控制设计了一种基于经典PID算法的控制系统在该系统中，将整个控制构造分为内环控制（姿态控制）和外环控制（飞行位置控制）两个闭合环路，分别进行设计该控制系统可使飞行器精确飞抵目日勺位置，并在该位置保持回旋状态下的稳定3）基于Backstepping措施H勺四旋翼飞行器系统的控制根据四旋翼飞行器系统的状态方程，运用Backstepping措施推导出使系统稳定H勺控制量体现式仿真成果显示，该控制器与基于经典PID算法的控制器相比，在系统响应超调，上升时间和稳定期间三个方面均有明显改善4）基于Backstepping措施的四旋翼飞行器系统口勺自适应控制在之前设计的基于Backstepping措施的控制器日勺基础上，设计了分别针对未知质量和外界干扰日勺估计器，从而使新设计的控制器具有自适应性仿真成果显示，该控制器在飞行器质量阶梯式递减和存在一定形式的外界小扰动时状况下，仍然能保持系统时稳定，从而验证了该控制系统的鲁棒性纵观全文，在所建立的小型四旋翼飞行器动力学模型的基础上，本文在控制系统的设计过程中遵照了由简朴到复杂的措施论，在前一步设计的控制系统基础上引入新的控制算法和构造，使飞行器最终在基于Backstepping措施时自适应控制系统日勺控制下，体现出良好日勺稳定性和鲁棒性,从而为四旋翼飞行器的实际工程应用提供了重要的理论基础第一章绪论在本章中，简要简介了小型四旋翼飞行器研究的背景和意义，以及该领域研究的历史和国内外对小型四旋翼飞行器研究的现实状况，并对整篇论文的内容和构造做了阐明全章由论文研究背景和意义，初期四旋翼飞行器设计，国内外四旋翼飞行器研究现实状况和论文的重要研究内容和构造安排四个部分构成小型四翼飞行器的意义

1.1无人飞行器UAV自主飞行技术数年来一直是航空领域研究的热点，并且在实际应用中存在大量的I需求，例如侦察与营救任务，科学数据搜集，地质、林业勘探，农业病虫害防治，以及视频监控，影视制作等通过无人飞行器来完毕上述任务可以大大减少成本和提高人员安全保障［1-5］无人飞行器的重要长处包括系统制导致本低，在执行任务时人员伤害小，具有优良的操控性和灵活性等而旋翼式飞行器与固定翼飞行器相比，其优势还包括飞行器起飞和降落所需空间少，在障碍物密集环境下的I可控性强，以及飞行器姿态保持能力高［7］［26］由国际无人运送系统协会International Associationfor UnmannedVehicle Systems组织的I一年一度的I国际空中机器人竞赛International AerialRobotics Competition,为自主旋翼式飞行器的I应用潜力研究提供了一种很好日勺展示平台该竞赛吸引了来自全世界不一样国家研究团体的参与，来完毕预先设定的自主飞行任务［25］在无人飞行器自主飞行的众多技术当中，飞行器自主飞行控制算法的设计一直是控制领域众多研究者最关怀的问题之一经典的控制方略在飞行器系统的I某个特定作用点上往往首先将系统模型线性化，然后在此基础上运用经典控制理论对系统进行分析和控制，控制精度和控制能力偏弱相比之下，运用现代非线性控制理论设计日勺控制算法，其性能明显优于经典控制算法［27］小型四旋翼飞行器与其他飞行器相比，其优势在于其机械构造较为简朴，并且只需通过变化四个马达欧I转速即可实现控制，且飞行机动能力愈加灵活口4］［25］另首先，小型四旋翼飞行器具有较高日勺操控性能，并具有在小区域范围内起飞，回旋，飞行，着陆日勺能力飞行器可以飞至离目的更近的区域，而不像老式直升机由于其巨大H勺单旋翼而不能近距离靠近目的［2］同步，小型四旋翼飞行器研究也为自动控制，先进传感技术以及计算机科学等诸多领域的融合研究提供了一种平台在机器人的I智能控制，三维途径规划多飞行器於I空中交通管理和碰撞规避等方面，小型四旋翼飞行器自主飞行技术都具有极高的研究价值参照文献.[

1.宋笔锋.飞行器可靠性工程[M].西北工业大学出版社.[

2.于俊雄.飞行器大.[M].中国和平出版社.[

3.吕唐华.航空宇航制造工.飞行器制造技•[M].上海教育出版社.

[4]范玉清.飞行器运动方程[M].航空工业出版.[

5.王璐.导航、制导与控制[D].哈尔滨工程大学，

202.[

6.金大鹏.导航、制导与控制[D].东北大学，2023

[7]郭晓红.控制理论与控制工程[D].南京航空航天大学,2023。