基于VICON的四旋翼无人机室内编队系统实现及控制策略研究

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 四旋翼无人机系统研究现状

1.2.2 四旋翼无人机编队控制研究现状

1.2.3 四旋翼无人机编队重构研究现状

1.3 本文研究内容与组织结构

1.4 本文工作的独立性

2 编队系统软硬件设计

2.1 编队系统总体结构

2.2 VICON光学运动捕捉系统

2.2.1 VICON系统硬件组成

2.2.2 VICON Tracker

2.2.3 VICON SDK

2.3 基于MATLAB的地面控制站设计

2.3.1 人机交互界面

2.3.2 轨迹规划与生成模块

2.3.3 编队位置控制模块

2.3.4 数据传输模块

2.3.5 日志记录与分析模块

2.4 基于XBEE的编队通信网络搭建

2.4.1 XBEE无线数传模块

2.4.2 Point-to-Multipoint 通信

2.4.3 编队无线通信协议设计

2.5 基于Pixhawk mini的无人机平台搭建

2.5.1 四旋翼无人机硬件平台

2.5.2 ArduPilot 飞控固件软件架构

2.5.3 飞控软件二次开发

2.6 本章小结

3 四旋翼无人机模型建立与姿态控制器设计

3.1 四旋翼无人机动力学模型建立

3.1.1 机械结构及飞行原理

3.1.2 坐标系的建立

3.1.3 姿态表示与坐标转换

3.1.4 数学模型

3.2 四旋翼无人机姿态控制

3.2.1 姿态控制器设计

3.2.2 仿真与分析

3.3 本章小结

4 四旋翼无人机编队分散式控制

4.1 编队分散式控制系统

4.2 基于人工势场法的路径规划

4.3 位置-姿态双闭环PID轨迹跟踪控制

4.3.1 位置-线速度串级控制器设计

4.3.2 姿态反解

4.4 实验验证与分析

4.5 本章小结

5 四旋翼无人机编队分布式控制

5.1 编队分布式控制系统

5.2 分布式控制编队方法及控制器设计

5.2.1 领航-跟随者法无人机编队控制

5.2.2 链式领航-跟随者法无人机编队控制

5.2.3 虚拟领航者法无人机编队控制

5.3 编队通信重构策略

5.3.1 图论与编队

5.3.2 基于深度优先搜索的编队通信重构策略

5.4 实验验证与分析

5.4.1 领航-跟随者法实验结果与分析

5.4.2 链式领航-跟随者法实验结果与分析

5.4.3 虚拟领航者法实验结果与分析

5.4.4 编队重构实验结果与分析

5.5 本章小结

6 总结和展望

6.1 研究内容总结

6.2 后续工作的展望

致谢

参考文献

附录