四旋翼飛行器實驗平臺設(shè)計及系統(tǒng)辨識研究.pdf

1、四旋翼飛行器的多輸入多輸出非線性特性導致其準確機理模型的獲取相當困難，而通過系統(tǒng)辨識可以相對容易得到飛行器的數(shù)學模型。測試信號設(shè)計是系統(tǒng)辨識最終成敗的關(guān)鍵要素，最優(yōu)測試信號旨在利用最小測試功率來獲取對象過程的最大信息。本文工作主要包括飛行器實驗平臺的設(shè)計和閉環(huán)最優(yōu)測試信號的設(shè)計，利用最優(yōu)測試信號對飛行器模型進行辨識，在辨識模型基礎(chǔ)上優(yōu)化PID控制器參數(shù)，并利用仿真和物理實驗驗證所提出辨識方案的可行性;具體如下:
　　1.設(shè)計完成飛

2、行器硬件實驗平臺。詳細分析四旋翼飛行器的飛行原理和機理模型，指出“X”模式下飛行器通過電機轉(zhuǎn)速差完成六個自由度運動;通過機理模型分析和仿真建模充分把握飛行器運動規(guī)律以及控制特性;根據(jù)反饋控制框架完成飛行控制系統(tǒng)的整體硬件方案設(shè)計;完成硬件選型和電路設(shè)計。
　　2.根據(jù)硬件實驗平臺完成軟件方案設(shè)計。實現(xiàn)基于串級PID控制的控制算法，該算法內(nèi)環(huán)控制對象為三軸角速率，外環(huán)控制對象為姿態(tài)角;結(jié)合不同姿態(tài)傳感器高低頻特性互補的特點，實現(xiàn)基于

3、互補濾波的四元素姿態(tài)解算算法，該算法可解決“萬向軸鎖”問題;根據(jù)設(shè)計目標編寫底層控制和上位機軟件代碼;完成軟件模塊測試和實驗平臺飛行實驗。
　　3.實現(xiàn)一種最大信息的閉環(huán)最優(yōu)測試信號設(shè)計方法。該方法充分考慮噪聲模型，將參數(shù)協(xié)方差矩陣在頻域范圍內(nèi)展開，構(gòu)造一個約束條件為線性不等式的凸優(yōu)化問題進行求解并將測試信號轉(zhuǎn)化為余弦信號疊加表達式;Monte-Carlo測試實驗證明相同功率的前提下該測試信號能比隨機二迸制和廣義二進制噪聲信號得到