基于ADRC的小型四旋翼无人直升机控制方法研究

以国防科技大学机器人实验室自行研制的小型四旋翼直升机为研究对象,根据牛顿-欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的动力学模型;首次将自抗扰控制器运用于小型四旋翼直升机。在实验平台上实现了小型四旋翼直升机的姿态增稳控制。仿真结果和实验数据表明自抗扰控制器在小型四旋翼直升机姿态控制中具有很好的鲁棒性。

小型四旋翼飞行器动力学模型优化

重心偏移情况下以升力作为输入控制量建立的小型四旋翼飞行器动力学模型结构复杂、控制通道耦合,必须通过更换模型参数适应重心变化来保证姿态稳定。研究了重心偏移对小型四旋翼飞行器飞行姿态的影响,提出一种适用于重心偏移情况的小型四旋翼飞行器动力学模型建立方法,以转矩作为输入控制量,实现了模型中各通道的解耦,模型结构简单,便于仿真验证和控制。对比分析了以升力作为输入控制量和以转矩作为输入控制量所建立的两种模型,并设计相应的PID控制器对系统响应特性进行仿真分析,结果表明,此优化方案在重心偏移情况下,可直接调整输入量适应重心变化保证姿态稳定,对偏移量的补偿更佳准确有效,更具优越性和适用性。

小型四旋翼无人直升机自适应优化控制

针对小型四旋翼无人直升机姿态稳定及位移跟踪控制问题,提出了一种新的控制方法.根据牛顿-欧拉方程及刚体理论建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,并利用二次拟合实验建立了旋翼升力和输入控制信号之间的关系模型.将自适应优化(Adaptive Control-Optimization,ACO)控制方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定及位移跟踪控制.实际飞行实验表明,自适应优化控制方法在小型四旋翼直升机姿态及位移控制中相对于传统的自适应控制方法,具有很好的实时性和鲁棒性.

基于自适应逆控制方法的小型四旋翼无人直升机姿态控制

以上海交通大学工程训练中心运动控制实验室自行研制的小型四旋翼无人直升机为研究对象,搭建了姿态控制实验系统.根据牛顿-欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,首次将自适应逆控制(AIC)方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定控制.仿真结果和实际飞行实验表明,AIC方法在小型四旋翼直升机姿态控制中具有很好的实时性和鲁棒性.

小型四旋翼无人机飞行控制系统设计与实现

为进一步深入研究和开发小型四旋翼无人机搭建飞行控制实验系统,从硬件设计、软件开发和系统调试与飞行试验3个方面对搭建的小型四旋翼无人机飞行控制系统进行较为详细地阐述。飞行试验表明:所设计的飞行控制系统初步实现了对机体姿态的有效控制,为进一步研究自主飞行奠定了基础。

小型四旋翼无人机空气质量监测仪设计

及时有效地获取空气质量数据是大气环境保护的前提和基础。针对现有固定点监测手段空间覆盖度不足、成本高、灵活性差等问题,设计一种基于小型四旋翼无人机为飞行平台,Arduino UNO开发板外接MG811,DSM501A,DHT11,MQ-7传感器为硬件平台,Arduino IDE编译器为软件平台的监测仪。采用接触式周期采样方法获取环境数据模拟值,建立与传感器灵敏度关系,使用Matlab中CURVE FITTING TOOL对传感器灵敏度与被测物浓度关系进行拟合分析。拟合后,可决系数大于0.98,方差小于0.1。该自主设计的监测仪具有成本低、易操作、灵活方便的优点,并可扩展其他类型传感器以满足不同的测量环境要求。

小型四旋翼飞行器新型非线性PID姿态控制器设计

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了一种新型非线性PID姿态控制器。针对传统PID的不足,通过引入两个跟踪微分器以及误差反馈的非线性组合构成非线性PID,并结合简化的小型四旋翼飞行器数学模型,提出了一种基于新型非线性PID姿态控制方法。仿真结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性、抗干扰性以及良好的滤波性能,系统具有良好的动态和稳态性能。由于保留了传统PID优点,设计简单,对实际工程具有较大的指导价值。

基于GA-Vague-PID的小型四旋翼飞行器姿态控制方法

针对小型四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出了基于GA-Vague-PID的姿态控制方法。建立了小型四旋翼飞行器数学模型,引入遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和Vague技术,通过GA对模糊控制规则离线优化,利用基于Vague集相似度量推理在线调节PID参数,进而提出GA-Vague-PID控制方法并运用于小型四旋翼飞行器姿态控制。仿真结果表明,该控制方法在控制性能和适应能力上都优于传统PID。

面向小型四旋翼无人机的BPPID-LADRC串级抗扰控制器

针对常规PID控制器抗干扰能力差的问题,设计了一种面向小型四旋翼无人机的多通道抗扰BPPID-LADRC串级抗扰控制器。该控制器中,外环位置回路的高度控制器和内环回路的姿态角控制器依据线性自抗扰控制理论(LADRC)设计,而外环位置回路的水平通道控制器则采用BPPID控制器。Simulink仿真表明,在高度通道、俯仰角通道、滚转角通道以及偏航角通道存在加强干扰条件下,所设计面向小型四旋翼无人机的BPPID-LADRC串级控制器相较于传统PID控制器控制效果更加出色,符合工程实际需求。

基于视觉的小型四旋翼飞行器跟踪系统研究

针对小型四旋翼飞行器跟踪地面移动目标的问题,提出一种基于视觉的地面移动目标跟踪方法并搭建了基于Linux的飞行实验平台。在跟踪过程中,由搭载的云台相机采集图像数据并使用Open CV库函数对图像数据进行实时处理;通过改进的压缩跟踪算法对图像数据中的目标进行实时的目标跟踪;通过建立的地面移动目标运动模型计算目标的位置状态信息;由ROS平台通过坐标系转换估计四旋翼飞行器运动数据并向飞行器的飞行控制系统发送具体的飞行指令。最后,通过具体的四旋翼飞行器目标跟踪实验来验证此方法的可行性。

小型四旋翼飞行器飞行控制系统应用

四旋翼飞行器当前已经被广泛应用到勘探检测、航拍、救援等领域,获得人们的广泛关注,也成为最新科技研究热点内容。为了对小型四旋翼飞行器有进一步的了解,本文对小型四旋翼飞行器的分型控制系统具体应用进行分析。

基于视觉伺服的小型四旋翼无人机自主飞行控制研究进展

在GPS信号较弱甚至失效的环境下,视觉伺服能够通过视觉信息控制自主飞行,因此近年来视觉伺服在自主飞行控制领域受到广泛关注。根据获取的图像信息不同,可将视觉伺服分为基于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服。与基于图像的视觉伺服相比,基于位置的视觉伺服位姿估计稳定,可直观地在直角坐标空间定义机器人运动,符合机器人工作方式,且控制器设计简单,但控制精度受摄像机和机器人标定精度的影响,且计算量较大。对于小型四旋翼无人机自主飞行控制的应用研究中,视觉伺服的实时性、精确性和鲁棒性尚待提高,且小型四旋翼无人机的智能化不高,在室内室外模式转换及室内协同控制方面还有广阔的发展空间。

基于ADRC的小型四旋翼姿态控制实现

设计了一个四旋翼飞行系统,提出了一种自抗扰控制方法,解决了该飞行系统的姿态控制问题.将显性互补滤波器与扩张状态观测器相结合,实现了对系统的状态与内外总扰动的实时估计,并在此基础上利用非线性误差反馈控制律对该扰动进行了补偿,消除了内外扰动对系统的影响.最后,分别采用PID与ADRC算法实现四旋翼的姿态控制,对比结果验证了所采用的自抗扰控制方法的有效性和优越性.

基于自抗扰技术的四旋翼姿态解耦控制方法

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,基于姿态非线性耦合数学模型,设计了一种自抗扰姿态控制器。引入自抗扰控制技术,介绍了自抗扰控制器结构,包括安排过渡过程,扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈。针对模型非线性耦合特点,介绍了多变量系统的自抗扰解耦控制原理,并设计了一种自抗扰姿态解耦控制器。基于Simulink搭建仿真模型进行了仿真。参数整定及仿真结果表明,所设计自抗扰控制器具有强鲁棒性、抗干扰性,系统具有良好的动态性能和稳态性能,对非线性耦合系统能有效地控制。

基于Sigmoid函数的四旋翼无人机轨迹规划算法

针对小型四旋翼无人机自主巡航的轨迹规划问题,提出一种基于Sigmoid函数的轨迹规划算法。在给出了一组由无人机必须飞经的路径点所定义的巡航任务的前提下,该算法采用圆滑可导的Sigmoid函数作为位置函数,规划出任意2个路径点之间的状态轨迹。该方法同时保证了光滑可导的速度轨迹函数。基于飞行器的最大速度约束,在相邻的2个路径点的距离小于一定值时还可保证可导的加速度轨迹函数。算法极为简单,可在计算能力有限的微小型无人机驾驶仪上得以实现。在对算法和其有关的性质做出介绍之后,文章还给出了采用典型的小型四旋翼无人机动态模型和控制算法对该算法制定的飞行轨迹进行跟踪飞行的仿真结果,证实了该算法的可行性、有效性和实时性。

基于串级PID四旋翼飞行器控制系统研究

四旋翼飞行器具有不稳定、非线性、强耦合、建模不确定性等特性,同时是一个四输入、六输出的欠驱动系统。针对这样的系统,学者们在飞行器控制算法方面做了许多研究,比如LQR、滑模控制、反演控制等。虽然这些控制算法在姿态控制等方面有比较好的效果,但需要建立准确的数学模型,数据的实时处理对处理器性能要求高,实现起来有一定的困难。针对上述问题,以小型四旋翼飞行器为研究对象,根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼飞行器的运动、动力学模型,设计了一种易于实现的串级PID控制器,分别对飞行器的位置与姿态进行控制,应用MATLAB/Simulink对所设计的控制器进行仿真。结果表明,串级PID控制器能够快速、稳定、准确地对四旋翼飞行器实现姿态和位置的控制,同时具有比较好的鲁棒性。

基于LADRC的四旋翼姿态解耦控制方法

针对基于自抗扰控制技术(ADRC)构建的小型四旋翼飞行器非线性姿态控制器,存在设计复杂、整定参数多、工程实现困难的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的四旋翼飞行器姿态解耦控制方法。建立了四旋翼飞行器姿态的非线性耦合数学模型,引入LADRC,阐述了其对多变量系统的解耦抗扰控制原理及参数整定方法,并对四旋翼飞行器的姿态耦合数学模型进行了解耦;采用二阶LADRC建立了飞行器姿态控制回路,根据飞行器姿态控制中过渡时间的要求对控制器参数进行了整定;最后进行了仿真分析,结果表明,该姿态控制算法不依赖于精确的数学模型,具有较强的鲁棒性和抗干扰性,且仅需对一个参数进行整定,降低了工程应用难度,具有较强的实际应用价值。

基于NI myRIO的四旋翼飞行器设计与实现

文章主要研究基于NI my RIO小型四旋翼飞行器的设计与实现,小型四旋翼飞行器拥有灵活小巧且软硬件结构比较简单的特点,并且以NI my RIO芯片为核心。飞行器的设计包括蓝牙通信模块,控制器模块,传感器检测模块,驱动模块、电源模块和电机执行模块。小型四旋翼飞行器采用的是PID控制算法。PID控制算法是自动控制系统的常用基本控制方式。通过PID控制算法调整,可以实现小型四旋翼飞行器的平稳飞行。

一种机器视觉的无人机移动平台着陆系统设计

随着无人机行业的发展,多旋翼无人机已在电力巡检、消防搜救、安防侦查、物流配送等诸多领域得到应用。其中,无人机的自主着陆是任务过程中的关键一环。本文以小型四旋翼无人机为研究对象,提出了一种基于机器视觉的无人机自主着陆系统。通过采用地面人工标识AprilTag与无人机的视觉引导跟踪算法相结合的方案,对无人机在移动平台上的着陆系统进行了研究和设计。

动力学在小型飞行器中的应用

小型飞行器的应用领域随着其各种功能的开发研究而不断扩大,然而无论是何种类型的小型飞行器,都遵循最基本的动力学原理.本文以四旋翼小型飞行器为例,分析其多自由度运动过程中所涉及的动力学知识,并举例其在物理学中的应用.