一种新构型多旋翼无人机飞行控制律设计

摘要

多旋翼无人机由于其结构简单、控制特性好而被广泛应用。然而，有效载荷小、航时短也是其明显缺点。为解决该问题，近年来出现了多种不同方案。其中，一种采用主升力系统和姿态控制系统相分离的新构型多旋翼无人机（LSMR）可有效解决上述问题，具有明显的技术优势和广阔的应用前景。本文即针对这种新构型多旋翼无人机的控制律设计开展相关研究：
　　1、在分析了LSMR的操纵原理后，考虑了重心偏移和陀螺力矩影响，建立了LSMR飞行动力学模型。
　　2、基于反步法和经典PID控制算法设计了飞行控制律，进一步基于Simulink完成了LSMR的飞行仿真试验，通过飞行仿真测试了悬停飞行、定点飞行、盘旋上升和定点环绕的控制性能。风扰仿真的结果表明基于反步法-PID多重环路设计的控制器具有较好的稳定性。
　　3、针对特殊地形下的地形跟随飞行任务，提出了不安全地形规避控制策略，基于Simulink的仿真结果表明，该控制策略能够实现LSMR在特殊地形下的安全飞行。
　　4、基于非线性动态逆显模型跟踪控制方法设计了姿态控制律，仿真结果表明，通过显模型设计控制通道，可显著提高其控制性能。并与反步法-PID姿态控制律对比分析了小角度简化对姿态控制带来的影响。
　　5、研制了LSMR样机的飞行控制系统。在完成了控制系统的性能测试后，进行了悬停系留状态下的飞行控制律飞行试验验证，验证了基于反步法-PID设计的控制器的正确性和有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 新构型多旋翼飞行器动力学建模

2.1引言

2.2 LSMR工作原理

2.3 LSMR坐标系

2.4 LSMR动力学建模

2.5小结

第三章 基于反步法-PID的飞行控制律设计

3.1 引言

3.2 控制策略

3.3 平动控制器

3.4 转动控制器

3.5小结

第四章 Simulink飞行仿真

4.1 引言

4.2 Simulink仿真模型

4.3控制器参数整定

4.4 飞行仿真试验

4.5 抗干扰试验

4.6 小结

第五章 地形跟随控制律设计

5.1 引言

5.2 地形跟随

5.3 特殊地形规避

5.4 小结

第六章 非线性动态逆显模型跟踪姿态控制器

6.1 引言

6.2 NDI控制方案

6.3 非线性姿态动态逆控制器设计

6.4 姿态控制对比

6.5 小角度简化对控制效果的影响

6.6小结

第七章 飞行控制系统试飞验证试验

7.1 引言

7.2 LSMR样机概述

7.3 飞行控制系统

7.2 动力系统

7.4 组合导航系统

7.5 系留试验

7.6 小结

第八章 总结与展望

8.1研究工作总结

8.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文