毕业设计---微小型四旋翼无人机的位置控制

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1、0 毕业论文毕业论文(设计设计) 题题 目目 微小型微小型四旋翼无人机的位置控制 学生姓名 学 号 院 系 信息与控制 专 业 自动化 指导教师 二一二二一二 年年 五五 月月 二十二十 日日 1 目 录 1 绪论 1 1.1 引言1 1.2 无人机的分类1 1.3 国内外四旋翼无人机研究现状与发展趋势2 1.3.1 国外研究现状 .3 1.3.2 国内研究现状 .3 1.4 无人机的主要控制方法5 1.5 本文研究的主要内容 .6 2 控制对象介绍 7 2.1 设计目标.7 2.2 控制系统结构设计 .8 2.2.1 硬件总体设计 8 2.2.2 软件总体设计 9 2.3 控制系统功能设计.

2、 10 2.3.1 导航系统 10 2.3.2 通信系统 10 2.3.3 电源系统 10 2.3.4 控制器选型. 11 2.4 四旋翼无人机的飞行原理 11 3 数学建模 . 12 3.1 无人机高度Z的建模. 12 3.1.1 动力学建模. 12 3.1.2 纯滞后环节的线性化. 13 3.2 无人机坐标 X 的建模 . 17 3.2.1 动力学建模 17 3.2.2 纯滞后环节的线性化. 18 4 PID控制理论 19 4.1 PID控制发展概况 19 4.2 PID控制的应用范围和优点 20 4.3 PID控制的现实意义 21 4.4 PID参数整定方法概述. 22 4.5 PID控

3、制的基本原理 23 5 四旋翼无人机的位置控制器设计 . 24 5.1 无人机高度Z的PID控制器设计 25 5.1.1 经典PID控制算法 . 25 5.1.2 PID控制器设计. 25 5.1.3 控制结构概要分析 26 5.2 无人机坐标X的PID控制器设计 . 27 5.2.1 控制结构概要分析 27 6 总结和展望 . 29 6.1 总结与分析 . 29 2 6.2 前景与展望 . 30 参考文献 . 30 致谢 . 32 Abstract . 33 微小型四旋翼无人机的位置控制 1 微小型四旋翼无人机的位置控制 张星 20081336062 南京信息工程大学信息与控制学院自动化系，

4、南京 210044 摘要摘要：本文采用了 PID 控制方法来实现微小型四旋翼无人机的位置控制。首先研究四旋翼无人机的飞行原理，通过对该飞 行器的动力学和运动学建模， 推导得出各个坐标方向上的传递函数。 接着， 考虑到所使用的传感器在收集数据时会产生延迟， 通过对 Pade 一次延迟型逼近法研究，对该延迟环节进行线性化，并通过 Matlab 仿真对其进行优化，得出最终的传递函数。 然后， 利用 PID 控制理论设计微小型四旋翼无人机的位置控制器， 并利用 Matlab 工具下的 Simulink 分别搭建三个位置坐标 （x,y,z)的 PID 控制结构图，并对其进行 Simulink 仿真，得出各位置坐标的阶跃响应曲线，最后再对得到的仿真结果进行 性能评价。 关键词关键词： 微小型四旋翼无人机；位置控制；Pade 一次延迟法；PID 控制；Simulink 仿真 1 绪论 1.1 引言 早期的无人驾驶飞行器的研制和应用主要用作靶机，应用领域主要是军事领域，之后才开始逐渐应用 于民用遥感、侦察和作战飞行平台。自从 20