【正文】 ................................................... 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 動力與能源問題 .................................................................................................................... 6 本文主要內(nèi)容 ................................................................................................................................... 6 本章小結(jié) ........................................................................................................................................... 7 第二章 四旋翼飛行器的運動原理及數(shù)學(xué)模型 ...................................................................... 7 四旋翼飛行器簡介 ............................................................................................................................ 7 四旋翼飛行器的運動原理 ............................................................................................................. 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 坐標系建立 ........................................................................................................................... 11 基于牛頓 歐拉公式的四旋翼飛行器動力學(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 ........................................................................................ 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 .................................................................... 25 模糊 PID 控制算法流程圖 ............................................................................................................ 25 系統(tǒng)實驗及結(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 .................................................................................................................................. 28 基于模糊 PID 算法的小型四旋翼無人飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計 1 第一章 概述 有史以來，人類一直有一個夢想，那就是可以像藍天上自由翱翔的鳥兒一樣。本設(shè)計同時進行了 Matlab 仿真和實物控制設(shè)計，利用模糊 PID 算法，穩(wěn)定有效的對四旋翼飛行器的姿態(tài)進行了控制。 本次設(shè)計對小型四旋翼無人直升機的研究現(xiàn)狀進行了細致、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，然后針對圓點博士的四旋翼飛行器實際對象，對其建模方法和控制方案進行了初步的研究。 through the simulation and realtime control verify the effectiveness of the control scheme, and this control scheme under the collection to the data input and output。萬戶雖然失敗了，但是他這大膽的舉動，極大的推動了人類對飛行的探索。海灣戰(zhàn)爭之后，由于無人機在戰(zhàn)爭中出色的表現(xiàn)，無人機的研發(fā)工作在世界各國都開始引起重視，先進的無人機可以攜帶 各種探測、檢測設(shè)備，以執(zhí)行偵察與監(jiān)視任務(wù)，甚至可以裝備攻擊型武器執(zhí)行打擊任務(wù)。其四個螺旋槳對稱分布，使得四旋翼飛行器的機動能力更強，靜態(tài)盤旋的穩(wěn)定性更好，也更容易實現(xiàn)機型的微小型化。Breguet 兄弟制作出的這架飛機機身使用 鋼制的管子， 焊接 成對稱的十字交叉結(jié)構(gòu)作為支架， 在十字形結(jié)構(gòu)的四個端點 位置 分別安裝了四對 米長的正反旋轉(zhuǎn)螺旋槳，四對螺旋槳由一臺發(fā)動機驅(qū)動。還針對不同攝像設(shè)備設(shè)計了支架，是 航拍 界的不二選擇 。 如圖 所示。該項目設(shè)計了一個微型四旋翼飛行器，如圖 所示，Mesicopter 是一個 機身尺寸僅為 1616mm 的飛行器， 它有四個螺旋槳， 使用 四個 直徑約 3mm 的電機驅(qū)動，每個螺旋槳直徑為 ，厚度僅為 。四旋翼飛行器是具有四個輸入六個輸出下的欠驅(qū)動系統(tǒng)（獨立控制變量的數(shù)量小于系統(tǒng)自由度數(shù)量的一類非線性系統(tǒng)）。因此飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計變得非常困難。希望微處理器的功能更強大，處理信號的速度更快；傳感器的可靠性，測量精度做出了一定的要求。 本文主要內(nèi)容 本文主要研究了四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)。通過對仿真結(jié) 果的分析，可知模糊 PID 控制能實現(xiàn)對四旋翼飛行器的控制，并且在響應(yīng)時間、穩(wěn)定性方面效果良好。 四旋翼飛行器簡介 四旋翼飛行器，英文又名 Quadrotor 或 Fourrotor。機身中央是飛行器的核心部分區(qū)，安裝有：飛行控制板、電源和負載。如圖 22 所示，進行高度控制時：要保證四旋翼飛行器的四個螺旋槳轉(zhuǎn)速相同，當四個螺旋槳同時加速時，螺旋槳產(chǎn)生的升力變大，當四個螺旋槳產(chǎn)生的升力大于飛行器的重力時，四旋翼飛行器向上升高（見 a 圖）；當四個螺旋架同時減速時，螺旋獎產(chǎn)生的升力變小，當升力小于飛行器重力時，四旋冀飛行器在力的作用下，高度下降（見 b 圖）；當四個螺旋槳產(chǎn)生的升力和與飛行器的重力相等時，飛行器保持懸停 狀態(tài)。同理， 4 號電機加速旋轉(zhuǎn)同時 2 號電機減速，則四旋翼飛行器右傾（見圖 24b）。 坐標系建立 四旋翼飛行器對應(yīng)于六個自由度有六種運動方式，不難發(fā)現(xiàn)，這六種運動方式可以大致分為兩類：一類是沿著軸進行的平行運動，簡稱平動，包括垂直運動、左右運動和側(cè)向運動三種；另一類是繞著某個軸進行的旋轉(zhuǎn)運動，簡稱轉(zhuǎn)動。這兩個坐標系之間的向量轉(zhuǎn)換需要通過旋轉(zhuǎn)矩陣實現(xiàn)，假設(shè)在地面坐標系 E 下，載體坐標系原點的坐標為 ? ?zyxE ?? ，傾角為 ? ??????E ,其中 ? 是俯仰角， ? 是橫滾角，? 是偏航角。 本文采用