四翼飞行器姿态控制算法研究

《四翼飞行器姿态控制算法研究》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、分类号：单位代码：安反这工犬學论文题目：四翼飞行器姿态控制算法研究作者姓名：叶树球专业名称：计算机科学与技术导师姓名：詹林副教授完成时间：二—五年六月中图分类号：侧论文编号：学科分类号：密级：公开安徽理工大学硕士学位论文四翼飞行器姿态控制算法研究作者姓名叶树球专业名称：计算机科学与技术研究方向：嵌入式系统导师姓名：詹林副教授导师单位：安徽理工大学答辩委员会主席：任良勇论文答辩日斯：年月日安徽理工大学研究生处年月日ADissertationintheapplicationofcomputertechnologyResearchofQuard-rotorsAircraftA

2、ttitudeControlAlgorithmCandidate:YeShuqiuSupervisor:ZhanLinCollegeofComputerScienceandEngineeringAnhuiUniversityofScienceandTechnologyNo.168，独创性声明本人声明所呈交的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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文

3、中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：和砵日期：年月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工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，可以釆用影印、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授权书）学位论文作者签名：叫■树妹签字日期年月如日导师签名：丛签字曰期‘月曰摘要摘要四翼飞行器是一种机体具有对称结构的飞行器，

4、在两个垂直方向上共有四个旋翼，飞行器拥有四个输入控制量，六个运动自由度，是一种典型的非线性系统。相比于传统飞行器，四翼飞行器具有良好的垂直起降、悬停、机动、姿态保持性能等优点，因此被广泛应用于军事和民用领域。加之近几年电子技术和控制技术等相关技术的飞速发展，使得国内外出现越来越多研究成果。四翼飞行器因其独特的构造，使其控制系统复杂，本文对四翼飞行器进行建模分析，构造飞行器的动力学方程，研究飞行器的姿态解算和控制系统算法。为构建飞行器的状态模型，本文第二部分研究了飞行器的坐标系统，建立起飞行器在机体坐标系和导航坐标系下的姿态描述方法，以及姿态在两种坐标系下的转换，分别使用

5、了欧拉角和四元数进行研究表述；进而分析飞行器六个自由度的飞行原理；接着研究了飞行器的运动学模型，主要是为了完成飞行器状态方程的构建。然后对飞行器的硬件模型进行分析，飞行器的硬件主要包括，飞行器主控模块，姿态检测模块，电机模块和通信接口模块。这一部分主要完成了对飞行器机体模型的研究，为下一部分的飞行器姿态解算和姿态控制打下基础。第三部分研究了飞行器的滤波姿态计算算法，这些算法有卡尔曼滤波算法，互补滤波算法，并给出了三种算法在本飞行器模型下的控制器设计实现过程，同时研究了基于四元数的飞行器姿态解算算法，包括四元数互补滤波算法，和梯度下降算法，同样给出了本飞行器模型下的两种算

6、法的实现过程，为下一步的飞行器姿态控制算法打下基础。第四部分分析了飞行器的姿态控制算法，也是本文的重点。飞行器的姿态控制算法有很多种，这里研究了姿态控制算法，控制算法、控制算法。研究了算法的原理，并给出了三种算法在第二部分建立起的飞行器模型下的控制器设计过程，同时在研究分析这三种控制算法的基础上设计一种组合控制方法，这种控制方法能充分利用被组合的控制方法的各自优势实现控制系统各方面的最优化。第五部分在第四部分的基础上在里对三种控制算法进行飞行器姿态响应仿真实验，并比较了仿真结果，验证三种控制方法的性能，分析了三种算法的优劣。同时基于对这三种控制算法的研究设计了一种基于控

7、制和滑模控制的组合控制算法，并给出这种算法在里面的仿真结果，验证算法的性能。关键词：四翼飞行器；姿态解算；；滑模控制AbstractAbstractFourrotoraircraftisanaircraftfuselagewithsymmetricalstructure,intwoperpendiculardirectionsonatotaloffourrotoraircrafthasfourcontrolinput,sixdegreesoffreedom,isakindoftypicalnonlinearsystem.Comparedt