弹复性多旋翼飞行器控制系统的研究

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多旋翼飞行器应用越来越广泛,比如影视航拍、农业喷雾、灾难搜救等。但是由于任务环境复杂和飞行器自身的稳定性问题,飞行器可能发生比如传感器故障或者执行机构故障等问题,致使其不能够继续有效地进行控制,引起姿态失控从而坠机。多旋翼飞行器的安全事故将会造成很大的经济损失,同时其随着应用范围不断拓宽,安全性问题还给公共安全带来了极大了隐患,这成为限制其应用的一个因素。  本文以提升多旋翼飞行器的安全性为研究目标,从四个方面分析了影响其安全性的因素:稳定性、鲁棒性、弹复性和容错性,对比四种方法,选择从提升飞行器弹复性的角度来提高其安全性,通过出现故障后调整其它电机转速的方法,让飞行器继续保持平衡飞行。研究包括两个目标:1.飞行器旋翼的故障检测和定位;2.针对单个旋翼的故障应用弹复性自修复算法,使其能够在受损之后继续飞行。  本文首先研究了多旋翼飞行器的运动原理和控制方法,包括飞行器的硬件电路、姿态结算算法和双闭环PID控制算法,在此基础上,进行了飞行器旋翼故障检测和弹复性自修复的研究。有以下成果:1.以飞行器旋翼失效这一特定故障为案例,设计了对应的故障检测电路和检测方法,通过测试验证了其可行性;2.实现了飞行器弹复性自修复的目标:飞行器出现故障后经过弹复性自修复方法的四个状态调整过程,重新调整其动力分配,可以使得飞行器在受损之后继续保持稳定飞行的状态,并验证了该方法的可行性。
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