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作者：

毛贻汉

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摘要：

近年来,随着电子信息技术飞速发展与人们需求的转变,不管是在民用,科研领域,还是军事领域,旋翼式无人机已成为各国争相研究的热点.四旋翼无人机是一种具有垂直起降,自由悬停,飞行灵活等特点的新型无人飞行器,现已被应用于高空航拍,资源勘探,抢险救灾等多个领域,具有良好的发展前景.但其多输入,多变量,欠驱动,强耦合的特性,加大了四旋翼无人机在各种复杂环境下,保持较高控制精度,抗扰能力和鲁棒性等性能指标的难度.四旋翼无人机的应用领域在不断拓展的同时,人们对它的性能和功能也提出了越来越高的要求,这使得对控制算法的要求也大幅提高.由于四旋翼无人机具有重量轻,飞行速度慢的特点,这使它很容易在风力作用的影响下发生姿态上的变化.为提高四旋翼无人机的抗风扰能力,同时使控制算法在面对不同风况时具备一定的学习与适应能力,本文提出一种利用遗传算法和四旋翼无人机反馈数据,对模糊控制器的模糊规则进行整定和优化的方法,使控制器具备"学习"能力来应对不同风况产生的干扰,提高控制器的抗扰能力.本文还对自然条件下风速的变化特征进行分析与建模,将其作为环境噪声引入控制系统,以检验控制算法的控制性能.本文的主要成果可以概述为:(1)以"X"型结构四旋翼无人机为研究对象,在Matlab/Simulink仿真环境下,建立完整的四旋翼无人机模型,并设计模糊PID(Proportion Integral Derivative)控制器实现对其的基本控制.(2)对自然条件下的风速变化进行分析,在Matlab/Simulink仿真环境下建立了反映风速变化特征的数学模型,并将其作为一种四旋翼无人机性能检测方法引入系统,为检验控制算法的性能优劣提供了一种技术手段.(3)根据模糊控制器控制规则自身的特点,利用遗传算法设计一种对模糊规则进行优化的算法.该算法能根据四旋翼无人机反馈的飞行数据与预期期望值进行对比,在遗传算法的作用下,实现模糊规则的整定与优化.

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关键词：

四旋翼无人机；风扰模型；遗传算法；模糊PID控制

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1019.809492