【摘 要】
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21世纪以来,由于迅猛发展的科学技术、日益完善的飞行控制系统方面的研究,作为无人飞行器大家庭的一员,四旋翼无人飞行器因为结构简单,可灵活操作等优点被广泛应用于各大领域
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21世纪以来,由于迅猛发展的科学技术、日益完善的飞行控制系统方面的研究,作为无人飞行器大家庭的一员,四旋翼无人飞行器因为结构简单,可灵活操作等优点被广泛应用于各大领域,从而激发了研究人员的研究热情。本文着重对四旋翼无人飞行器的姿态控制方法进行了相关研究,主要包括四旋翼无人机的工作原理、动力学建模、实物组装、姿态数据解算与融合滤波以及控制器的设计与验证等。针对控制器部分设计了串级PID控制器和串级模糊PID控制器,并使用MATLAB对两者进行仿真实验,通过对仿真结果进行比较分析,验证了两者对四旋翼无人机控制的可行性,证明了串级模糊PID控制器在稳定性和抗干扰能力方面都略优于串级PID控制器。主要进行的工作和研究成果包括以下几部分:一、详细介绍了四旋翼无人飞行器的工作原理,并运用数学、物理方面的相关知识创建动力学模型,并且对创建的模型进行线性化处理。二、通过查找资料,确定并购买了相关的传感器组件,亲自焊接、安装出一架四旋翼无人机实物,为后续研究使用。三、对互补滤波算法与扩展卡尔曼滤波算法进行相关比较,决定选用扩展卡尔曼滤波算法对四旋翼无人机中各传感器获取的姿态数据信息进行融合滤波处理;数据解算则采用基于四元数法来处理。四、设计了串级PID控制器和串级模糊PID控制器,通过对仿真进行比较,证明了在控制四旋翼无人飞行器时,串级模糊PID控制器的稳定性和抗干扰能力方面都略优于串级PID控制器,并对串级模糊PID控制器进行了实物飞行验证。
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