【正文】 的小型四旋翼無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀 四旋翼飛行器的研究 工作 可以追溯到 20 世紀(jì)初，在 1907 年 ， 法國(guó)科學(xué)家 Charles Richet 的指導(dǎo)下， Breguet 兄弟 生產(chǎn) 出了第一架旋翼式直升機(jī)，命名為 BreguetRichet Gyroplane 旋翼機(jī) 1 號(hào)。 四旋翼飛行器是一個(gè)多輸入多輸出的非線性控制系統(tǒng)，由于不同于傳統(tǒng)的飛行器結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)建模也相對(duì)復(fù)雜，由 于結(jié)構(gòu)的特殊性其對(duì)控制算法的要求也相對(duì)較高。與常規(guī)布局的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，成本較低。小型四旋翼無(wú)人飛行器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的飛行器。當(dāng)無(wú)人飛行器第一次出現(xiàn)時(shí)是針對(duì)防空火炮部隊(duì)進(jìn)行打靶的靶機(jī)。由之前的飛行員駕駛發(fā)展為無(wú)人駕駛，固定翼發(fā)展為旋翼式。不幸的是，萬(wàn)戶操作失誤，火箭中途爆炸，萬(wàn)戶為此付出了生命。Attitude control 目錄 目 錄 摘要（中文） ........................................................................................................................... Ⅰ 摘要（英文） ........................................................................................................................... Ⅱ 第一章 概述 .............................................................................................................................. 1 課題背景及意義 ............................................................................................................................. 1 四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 2 四旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù) ............................................................................................................... 5 數(shù)學(xué)模型 ................................................................................................................................ 6 控制算法 ................................................................................................................................ 6 電子技術(shù) ................................................................................................................................ 6 動(dòng)力與能源問(wèn)題 .................................................................................................................... 6 本文主要內(nèi)容 ................................................................................................................................... 6 本章小結(jié) ........................................................................................................................................... 7 第二章 四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)原理及數(shù)學(xué)模型 ...................................................................... 7 四旋翼飛行器簡(jiǎn)介 ............................................................................................................................ 7 四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)原理 ............................................................................................................. 8 四旋翼飛行器高度控制 ........................................................................................................ 8 四旋翼飛行器俯仰角控制 .................................................................................................... 9 四旋翼飛行器橫滾角控制 .................................................................................................... 9 四旋翼飛行器偏 航角控制 .................................................................................................. 10 四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型 .............................................................................................................. 11 坐標(biāo)系建立 ........................................................................................................................... 11 基于牛頓 歐拉公式的四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型 .............................................................. 12 本章小結(jié) ........................................................................................................................................ 15 第三章 四旋翼飛行器姿態(tài)控制算法研究 ............................................................................ 15 模糊 PID 控制原理 ......................................................................................................................... 15 姿態(tài)穩(wěn)定回路的模糊 PID 控制器設(shè)計(jì) ........................................................................................ 16 構(gòu)建模糊 PID 控制器步驟 ................................................................................................. 17 基于 Matlab 的姿態(tài)角控制算法的仿真 ............................................................................ 22 本章小結(jié) ........................................................................................................................................ 25 第四章 四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................... 25 模糊 PID 控制算法流程圖 ............................................................................................................ 25 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 ..................................................................................................................... 26 本章小結(jié) ........................................................................................................................................ 27 第五章 總結(jié)與展望 ................................................................................................................ 28 總結(jié) ................................................................................................................................................ 28 展望 ................................................................................................................................................ 28 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 28 基于模糊 PID 算法的小型四旋翼無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第一章 概述 有史以來(lái)，人類一直有一個(gè)夢(mèng)想，那就是可以像藍(lán)天上自由翱翔的鳥(niǎo)兒一樣。 under the MATLAB environment built the nonlinear model of the quadrotor UAV Select the attitude of the quadrotor angle as the control object, with the help of matlab fuzzy toolbox to design the fuzzy PID controller and according to experience of experts to edit the corresponding fuzzy rules。本設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行了 Matlab 仿真和實(shí)物控制設(shè)計(jì)，利用模糊 PID 算法，穩(wěn)定有效的對(duì)四旋翼飛行器的姿態(tài)進(jìn)行了控制。四旋翼飛行器同時(shí)也具有欠驅(qū)動(dòng)、多變量、強(qiáng)耦合、非線性和不確定等復(fù)雜特性，對(duì)其建模和控制是當(dāng)今控制領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)話題。 本次設(shè)計(jì)對(duì)小型四旋翼無(wú)人直升機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了細(xì)致、廣泛的調(diào)研，綜述了其主要分類、研究領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景，然后針對(duì)圓點(diǎn)博士的四旋翼飛行器實(shí)際對(duì)象，對(duì)其建模方法和控制方案進(jìn)行了初步的研究。 關(guān)鍵詞： 四旋翼飛行器；模糊 PID；姿態(tài)控制 目