基于计算动词PID控制器的四旋翼无人机控制及地面控制系统设计

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计算动词理论创立至今,凭借其对自然语言中动态特性的建模能力,在短短十几年时间里迅速发展,不仅在理论研究方面涉及诸多领域,产生了大量优秀的科研成果,在实际工程应用中同样成果显著,特别是在控制和图像处理领域,表现出了巨大的应用价值。  近年来,无人机在军用和民用市场上的需求越来越强烈。而四旋翼飞行器以其能垂直起降、可悬停、机动性好、结构简单等诸多优点日益受到人们的关注,具有十分广阔的应用场景。  本文根据现有X型四旋翼飞行器平台,建立了动力学仿真模型,并结合计算动词理论,提出了基于动词PID控制算法的四旋翼飞行器控制方案,并根据实际应用需求设计了无人机地面控制系统。本文的主要研究内容包括:  首先,分析了四旋翼飞行器的特点和飞行原理,推导了动力学方程,并利用Simulink建立了飞行器的简化仿真模型。同时还介绍了基于方向余弦算法的飞行器姿态和方向的解算方法。  其次,根据原有的动词PID控制器提出了改进算法,并通过仿真全面地比较了传统PID控制器、模糊PID控制器、动词PID控制器及改进后的动词PID控制器的误差跟踪性能和抗干扰能力,仿真结果表明改进后的动词PID控制器在跟踪性能等指标上优于其它控制算法。  然后,结合四旋翼飞行器的特点,给出了基于计算动词PID控制器的飞行器的控制方案,并通过模型仿真,验证了该方法的有效性。  最后,建立了四旋翼飞行器地面控制站软件系统,实现了对飞行器远端控制,飞行状态监控、导航任务控制、数据存储等功能。为进一步研发多用途无人机打下坚实的基础。
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