多传感器融合四旋翼协同控制算法及其实现

针对四旋翼无人机定点悬停控制,从应用层面提出了多传感器数据融合方案,设计了相应的协同控制算法.在飞行器整体硬件架构基础上分析量测系统的各个传感器,对于姿态测量通道提出卡尔曼滤波算法,对于高度测量通道提出互补滤波算法,对于水平位置测量通道提出双传感器融合算法.基于四旋翼无人机的状态空间及其小扰动线性化模型,设计了与之相结合的协同控制算法并进行仿真.最后在物理平台上对设计的算法进行验证,表明多传感器融合与协同控制相结合的方法能有效提高四旋翼无人机的定点悬停精度.     

黄河宁蒙河段凌情无人机监测应用研究

自2009年凌汛以来,结合凌情无人机应急监测系统各部分的实际需求,在宁蒙河段分别利用固定翼、单旋翼、多旋翼等无人机先后进行了多次凌情监测实践,试验研究了无人机在凌情监测中的适用性,分析了不同机型的优缺点。基于应用研究成果,提出黄河凌情无人机监测方案。     

四旋翼无人机飞行姿态的自适应反演滑模控制

针对非线性六自由度欠驱动四旋翼无人机的姿态和位置控制问题,提出自适应反演滑模控制算法.设计了一种自适应律对控制中的参数摄动和外界干扰上界进行在线估计,并将估计值补偿到反演滑模控制中.通过李雅普诺夫稳定性理论证明自适应反演滑模控制能使跟踪误差一致渐近收敛到零.最后,根据给定的四旋翼无人机参数进行数值仿真,所得结果表明在系统存在参数摄动和外部干扰的情况下,该方法也能够实现四旋翼无人机的姿态稳定和定高悬停,并具有较好的鲁棒性..     

基于改进型BP神经网络的四旋翼控制系统

为了实现对四旋翼无人机的自稳定控制,首先对四旋翼无人机进行了动力学建模,提出了一种改变学习率的BP神经网络算法与PID控制相结合的姿态控制方法,并在相同环境下与常规PID控制器进行了仿真试验对比。仿真试验结果表明:基于改进型BP神经网络的PID控制器能够有效地实现无人机的自稳定控制,相比于常规PID控制器,基于改进型BP神经网络的PID控制器具有响应速度快\,超调量低\,鲁棒性强等优点。     

旋翼无人机目标推力矢量最速趋近法

针对旋翼无人机轨迹跟踪任务,提出一种基于四元数等效旋转矢量的目标推力矢量快速趋近法,用以优化此类飞行器的轨迹跟踪控制方式.具体过程如下:由位置控制环生成主旋翼目标推力矢量,求出当前推力矢量到目标矢量的最小旋转矢量和姿态改变最小的变化四元数,进而得到目标姿态四元数,再以该四元数作为姿态控制环给定量,实现目标推力矢量快速趋近.仿真与飞控平台验证表明:该方法能使推力矢量以最优路径趋向目标矢量,减小了旋翼无人机姿态变化量,缩短了姿态跟踪时间.利用该方法优化设计了轨迹跟踪控制方案,与其他未经优化的有关方案相比,该方案整体计算量小,更适用于成本受限的低端嵌入式控制器.     

基于四元数的四旋翼无人飞行器轨迹跟踪控制

四旋翼无人飞行器具有复杂的数学模型,但现有控制方法大多是基于系统简化模型提出的. 为此,该文分析了这类方法的局限性,并基于原始数学模型研究了非线性轨迹跟踪控制问题. 通过期望轨迹建立跟踪误差模型,将其分解为两个相互独立的子系统,并以刚体旋转的四元数为系统状态对姿态子系统进行描述. 利用backstepping 方法设计时变反馈控制律使其子系统指数稳定. 根据级联系统的全局稳定性判据,通过研究耦合部分的性质证明系统的全局指数稳定性. 仿真结果表明,该方法能够实现四旋翼无人飞行器对期望轨迹的跟踪.     

影响多旋翼无人机大比例尺测图精度原因的分析与探讨

目前,国内多旋翼无人机测绘大多用于大比例尺数字正射影像的生产,用于地形图成图的案例比较少见。而且,多见1:2000和1:1 000比例尺的例子,更大的比例尺多旋翼无人机航测法测图则受成图方式、软硬件条件限制,困难很大,影响测图精度的原因很多。本文就多旋翼无人机大比例尺测图精度的影响因素进行了简单分析,并提出了相应的解决方法。     

低空无人机倾斜摄影测量成果精度研究

近年来无人机倾斜摄影技术逐渐成熟,产品越来越丰富。为快速、高效的生产高精度的空三加密结果、数字正射影像图(DOM)、密集点云数据、实景三维模型等数字测绘产品,提出一种利用低空无人机倾斜摄影测量生产途径。以西北大学长安校区为实验区,利用Md4-1000型四旋翼无人机搭载五镜头相机进行倾斜摄影飞行试验,通过多视影像匹配、空三加密、影像密集匹配、构建三角网、纹理映射等技术生成空中三角测量、实景三维模型、DOM等成果。通过实测数据分别验证正视影像空中三角测量、正视影像联合倾斜影像空中三角测量、DOM、实景三维模型的精度。结果表明,基于倾斜影像生产的数字测绘成果满足高精度的需求,对其进一步应用具有指导意义。     

多旋翼无人机惯性单元阻尼减振设计与仿真研究

为了提高无人机飞行的稳定性,提出一种基于干摩擦效应的多旋翼无人机惯性单元阻尼减振器,即利用橡胶摩擦片与悬臂支架之间的接触摩擦作用,从而达到耗散振动能量的目的.首先对干摩擦器进行结构设计,并建立其有限元仿真模型;其次利用瞬态动力学分析干摩擦阻尼器的减振效果.结果显示:安装干摩擦阻尼减振器可以明显改善惯性测量单元的阻尼特性...     

基于拉格朗日模型的四旋翼飞行器的目标轨迹控制

研究了四旋翼飞行器的目标轨迹跟踪的稳定性控制问题.采用四旋翼飞行器的拉格朗日动力模型,提出了使四旋翼飞行器能够渐进跟踪的控制协议,同时利用李雅普诺夫稳定性理论,分析了控制系统的稳定性,以及给出了在控制协议下四旋翼飞行器实现有效跟踪的条件.最后,通过仿真实验表明所提控制协议的可行性和有效性.