四旋翼飞行器自动降落研究

• 作 者: 杨国松
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 四旋翼 自动降落 控制 编队

四旋翼飞行器具有垂直起降能力,能低速飞行和定点悬停,具备复杂条件下的作业能力,且结构简单,维护方便,可靠性高。所以,电动四旋翼方案自从2006年获得成功以来,就一直发展迅猛。近年来,四旋翼单机飞行自动控制技术日臻成熟,研究四旋翼自动降落、多机编队返航等课题,对于提高四旋翼飞行器的可用性、可靠性都有重要的意义。在四旋翼单机飞行自动控制研究的基础上,本文提出了一套完善的四旋翼返航降落解决方案,实现了多种场景下的四旋翼自动返航降落,本文的主要研究内容包括:1,建立四旋翼本体模型和返航进场降落过程约束。建立了四旋翼模型,研究了其动力学特性,并根据四旋翼返航进场降落的实际情况,建立了对应模型,得到了四旋翼返航降落的各项约束条件和基本要求,对四旋翼返航进场降落控制律设计具有指导意义。2,单四旋翼对静止平台的降落。单四旋翼静平台降落是四旋翼降落中最普遍的一种情况,本文通过航点预设建立返航航线,利用卫星导航系统、气压高度计的导航输出,结合自动进场、降落控制律,最终完成了单四旋翼对静止平台的降落。3,单四旋翼对运动平台的降落。针对舰载四旋翼的动平台降落问题,通过建立平台──四旋翼通信系统,实时传输运动信息,克服了四旋翼载荷小、信息感知能力有限的特点,结合动平台接近跟随控制律,解决了四旋翼动平台降落问题。4,多四旋翼编队返航进场与静平台的降落问题。无人机编队、协同与集群是一个重要课题和发展趋势,四旋翼编队在植保、区域实时监视等领域的应用初见端倪,针对编队返航降落问题,本文解决了四旋翼编队中的通信、控制问题,基于分布式主从控制结构,针对四旋翼返航,给出了一套稀疏编队返航进场解决方案。最终,通过模拟仿真、飞行实验两个方面验证了方案的可行性,尤其在实际飞行实验中,实验结果符合预期,软硬件平台简单易用,成熟可靠。总体来看方案具有较好的实用性。