基于Simscape的四旋翼无人机建模与仿真

为了加速并简化四旋翼无人机的设计以及进行相关控制算法的实验仿真和验证,针对四旋翼飞行器的机械结构和飞行原理分析了其系统动力学模型,利用牛顿-欧拉方法推导得到机体非线性动力学方程。为了提高四轴飞行器的建模精度和系统完整性,联合计算机辅助设计(CAD)软件和Matlab/Simscape工具箱进行物理系统建模。利用CAD软件搭建的四旋翼三维实体模型导入到Simscape仿真平台构建四旋翼的机体以及动力系统模型,并在此基础上将Simulink设计的控制算法添加到仿真平台,方便进行实验验证和参数整定。仿真结果表明,所设计的飞行器能够较好地实现悬停和轨迹跟踪,满足系统的控制性能要求。     

四旋翼飞行仿真器的PID神经元网络控制器设计

针对四旋翼飞行仿真器系统具有多输入、多输出及多变量等特点，设计了一套基于四旋翼飞行仿真器的PID神经元网络控制器。首先建立四旋翼飞行仿真器系统模型，然后以四旋翼飞行仿真器为控制平台，并以MATLAB/Simulink软件为实验平台，搭建PID控制器和PID神经元网络控制器模型，并分别使用两种控制方法进行实时飞行仿真实验。最后实验结果表明，相比PID控制，PID神经元网络控制方法对四旋翼飞行仿真器的调节时间更短、超调量更小，具有更优的控制性能。     

基于Simscape的四旋翼无人机建模与仿真（英文）

为了加速并简化四旋翼无人机的设计以及进行相关控制算法的实验仿真和验证,针对四旋翼飞行器的机械结构和飞行原理分析了其系统动力学模型,利用牛顿-欧拉方法推导得到机体非线性动力学方程。为了提高四轴飞行器的建模精度和系统完整性,联合计算机辅助设计(CAD)软件和Matlab/Simscape工具箱进行物理系统建模。利用CAD软件搭建的四旋翼三维实体模型导入到Simscape仿真平台构建四旋翼的机体以及动力系统模型,并在此基础上将Simulink设计的控制算法添加到仿真平台,方便进行实验验证和参数整定。仿真结果表明,所设计的飞行器能够较好地实现悬停和轨迹跟踪,满足系统的控制性能要求。     

基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制,设计一种基于视觉的飞行控制方法,并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中,光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息,利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation,PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台,该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计,并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高,但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明,提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。     

六旋翼机器人运动控制与跟踪控制研究

为了在执行任务期间精确记录数据和稳定的飞行,多旋翼机器人机构需要能够执行长期任务和携带较重的载荷。针对这一问题,对六旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先,高性能六旋翼无人机的运行需要飞行控制系统,介绍了六旋翼控制系统和本体的设计方法。其次,构建了四旋翼和六旋翼无人机的数学模型,对比了六旋翼与四旋翼控制系统的优缺点。六旋翼飞行器的飞行控制由推力和力矩完成,在俯仰,偏航和横滚分别对螺旋桨的速度进行运动控制。再次,采用模糊自适应PID控制算法设计了一款跟踪控制系统,用一个PID测试控制器进行仿真。并在真实飞行中成功地测试六旋翼机器人,达到了一个理想的效果。而不是使用分析差异,避免跟踪控制器设计过程中的"差异扩展"。最后,仿真结果证明了所提技术的有效性和有效性。     

四旋翼无人机路径跟踪控制系统软硬件设计与实验研究

目前传统四旋翼在空中经常受到人为或环境中不确定因素干扰,如果地面控制站不能更直观地显示无人机的实时姿态、位置,飞行中四旋翼无人机容易偏离跟踪的既定路线,无法躲避障碍物,甚至出现姿态不稳导致的无人机损坏.针对此情况,设计开发了一种基于STM32F103RCT6嵌入式微处理器的四旋翼无人机路径跟踪控制系统.详细阐述了该集成控制系统的硬件总体框架、各模块电路设计、软件程序工作流程,利用Matlab2019b仿真软件进行四旋翼无人机的路径跟踪算法仿真实验以确保系统的稳定性和可行性,并以四旋翼样机为实验对象进行了实物测控实验.实验结果表明,所设计的控制系统可以实现自主飞行和轨迹跟踪的期望目标,地面控制站显示界面中可以实时显示四旋翼无人机的实时跟踪路径、姿态角、航速和高度等传感器信息,系统具有一定的实用性.     

复杂环境下无人机结构设计与姿态分析

复杂环境下,多旋翼无人机整体结构、姿态控制算法对其稳定飞行性能具有重要影响。文中首先从静力学分析及结构模态分析方面进行无人机整体结构的设计研究;然后利用陀螺仪、加速度计、磁力计传感器结合PID控制、多种滤波算法共同实现无人机飞行姿态的控制;最后搭建无人机试验平台进行复杂环境下多旋翼无人机悬停试验。经试验研究表明,研发的多旋翼无人机整机运行稳定,飞行误差为±2°,基本符合预期试验要求。     

四旋翼悬挂系统的防摆动设计

为提高四旋翼悬挂系统的稳定性和抗干扰能力,设计一种四旋翼的硬件结构,采用PID控制来抑制四旋翼悬挂系统的摆动.四旋翼的控制环节为双闭环控制,悬挂物与垂直线的角度控制作为外环,四旋翼姿态控制作为内环.通过双环之间的串级控制,使得悬挂物与四旋翼保持相对稳定状态.通过MATLAB/Simulink仿真结果验证该方案,四旋翼悬挂系统的飞行平稳性得到改善.     

无人直升机飞行姿态控制平台设计

无人直升机飞行姿态控制平台建设是实现其无人自主飞行的关键环节。为小型单旋翼带尾桨式微型航模直升机("雷虎90")设计构建了基于PC104以及DSP+CPLD的飞行姿态控制平台。采用"机载上位机-机载下位机-地面站"的系统架构方式,保证了机载系统的可靠性并具有足够的信息处理能力。使用数字增量式PID控制算法对无人机飞行姿态的控制,并通过飞行试验对控制平台和控制算法进行验证。     

基于四旋翼无人机的二阶PD积分滑模控制算法研究

为提高6自由度四旋翼无人机系统飞行稳定的收敛速度问题,提出双闭环二阶PD积分滑模控制器的设计方法。该控制器的外环采用二阶PD控制算法使无人机在控制精度上有显著的提高;以系统姿态角动态变化为内环,通过引入饱和函数的积分滑模控制,有效抑制滑模控制算法本身的抖振效应,实现期望轨迹的可靠跟踪,同时利用李雅普诺夫函数证明该系统能够快速收敛达到稳定。仿真结果表明,当无人机受到外界扰动后可以快速准确跟踪螺旋上升的航迹,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。