微小型四旋翼飞行器辨识建模研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870314-S203学科分类号：081101硕士学位论文微小型四旋翼飞行器辨识建模研究研究生姓名刘莉欣学科、专业控制理论与控制工程研究方向系统辨识指导教师曹云峰教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一四年一月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringModelIdentificationofaMinia

2、tureQuadrotorHelicopterAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyLiu.LixinAdvisedbyProf.CaoYunfengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注

3、和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要微小型四旋翼飞行器由于结构简单、机动性好等特点在军事领域和民用领域都有广阔的应用前景，因此成为研究的热点。在应用现代控制方法对其位姿轨迹

4、进行准确控制设计时，常常要建立一套准确可靠的飞行器运动模型。为有效解决这个问题，本文以X-450型微小型四旋翼飞行器为参照，展开如下研究工作：首先，概述了课题的研究背景和国内外研究现状，并在此基础上详细阐述了对微小型四旋翼飞行器进行辨识建模的目的及意义。其次，进行了微小型四旋翼飞行器的理论建模研究。根据四旋翼飞行器结构特点，利用牛顿第二定律建立了机体的动力学模型，对四旋翼飞行器模型进行了悬停点的配平和小扰动线性化。同时，建立了驱动飞行器飞行的电机的动态模型，并通过一系列实验，测量、辨识出四旋翼飞行器

5、的物理参数和电机模型参数。再次，研究设计了辨识实验。采用基于频域辨识的方法对微小型四旋翼飞行器参数进行辨识，分析了辨识飞行器模型的结构。对输入信号形式、采样频率、数据长度以及数据采集与处理的方法进行了深入的研究，并设计了用于数据处理的滤波器。然后，实现了飞行实验。在飞行器悬停状态下进行了扫频实验：分别对飞行器滚转、俯仰、偏航通道以扫频的形式加入姿态给定信号，同时采集输入指令的PWM信号及输出角速度信号，并将采集到的信号通过无线通讯装置传输至地面站，在对数据进行相干性分析的基础上对角速度模型进行辨识，

6、并对辨识所得模型进行时域验证。最后，对本文研究工作进行总结和展望。关键词：四旋翼飞行器动力学模型频域系统辨识飞行试验模型辨识I万方数据微小型旋翼飞行器辨识建模研究ABSTRACTNow,theminiaturequadrotorhelicopterbecomesahotspotforitssimplestructureandgoodmobility,andiswidelyusedinbothfieldofmilitaryandcivilian.Torealizetheaccuratecontrolo

7、fposturetrajectoryofthequadrotor,anaccuratemodelisnecessary.Then,aseriesofresearchbasedX-450hasbeendoneinthefollowingaspects.Firstly,weoutlinethetopicoftheresearchbackgroundandresearchstatusathomeandabroad,anddescribetheobjectiveandsignificanceofidenti

8、ficationandmodelingofaminiaturequadrotorhelicopterindetail.Secondly,itistheresearchofTheoreticalmodelingofminiaturequadrotorhelicopter.Thekineticmodelisestablishedinconsiderationofthecharacterofthequadrotor,thesmallperturbationlineariza