四旋翼飛行器抗風(fēng)控制研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著材料制造和加工技術(shù)的不斷革新，控制理論和控制方法的創(chuàng)新與發(fā)展，電池電源系統(tǒng)的升級(jí)改進(jìn)，還有無(wú)刷直流電機(jī)等新型電機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，使得以四旋翼飛行器為代表的無(wú)人機(jī)技術(shù)得到了前所未有的進(jìn)步，四旋翼飛行器作為旋翼飛行器的一種，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，以及垂直起降和定點(diǎn)懸停的突出特點(diǎn)，四旋翼飛行器在軍事，商業(yè)以及民用各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。四旋翼飛行器在空中飛行過(guò)程中最常見(jiàn)的干擾就是風(fēng)的影響，由于四旋翼的體積

2、、重量一般都不大，因此風(fēng)的影響就變大了。風(fēng)場(chǎng)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)四旋翼姿態(tài)控制、位置控制、航跡規(guī)劃等多方面的影響。因此對(duì)于四旋翼飛行器的抗風(fēng)性、抗干擾性的研究變得越來(lái)越重要。所以，本文針對(duì)四旋翼飛行器的抗風(fēng)控制進(jìn)行了研究與分析。
　　首先對(duì)四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對(duì)其飛行原理進(jìn)行了闡述與分析，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Newton-Euler方程建立出四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型，使四旋翼飛行器的飛行的復(fù)雜性能夠在所建立的動(dòng)力學(xué)模型

3、中體現(xiàn)出來(lái)。接著對(duì)大氣紊流風(fēng)場(chǎng)的特性進(jìn)行研究，建立了風(fēng)場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)模型，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程將風(fēng)場(chǎng)模型作為干擾項(xiàng)加入四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中，滿足了對(duì)飛行器在風(fēng)場(chǎng)干擾下的動(dòng)力學(xué)特性的描述。
　　其次，對(duì)PID控制方法進(jìn)行介紹和分析，基于所建立的四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)方程，利用PD的控制方法設(shè)計(jì)出四旋翼飛行器的控制器，并利用Matlab/Simulink軟件搭建仿真模塊，進(jìn)行穩(wěn)定控制仿真試驗(yàn)，分析仿真結(jié)果，然后將風(fēng)場(chǎng)模型加入到四旋翼飛行器控制

4、系統(tǒng)中，驗(yàn)證在風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)作用下PD控制器對(duì)四旋翼飛行器姿態(tài)和位置的穩(wěn)定控制效果，分析控制器性能。
　　最后對(duì)自抗擾控制方法及原理進(jìn)行介紹和研究分析，將所建立的風(fēng)場(chǎng)模型作為擾動(dòng)項(xiàng)加入到四旋翼飛行器控制系統(tǒng)中，利用在自抗擾的控制方法重新設(shè)計(jì)控制器并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自抗擾控制器在風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)作用下，對(duì)四旋翼飛行器位置和姿態(tài)穩(wěn)定控制的控制效果。仿真實(shí)驗(yàn)表明，與PD控制器相比，自抗擾控制器控制性能更優(yōu)，能夠有效的控制紊流風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的影響，更好的實(shí)