【摘 要】
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四旋翼无人机应用领域广阔,获得准确的位置信息和使用性能良好的飞行控制系统是实现无人机精准定点飞行的重要条件。为提高无人机在定点飞行时,位置信息的准确性和定点飞行控制系统的鲁棒性,本文基于自主研发的飞行实验平台,对无人机的位置信息估计和飞行控制原理进行了深入研究。研究内容主要包括以下几个方面:（1）首先介绍了四旋翼无人机的飞行原理,解算出四旋翼无人机的各个参数在相关坐标系下的转换关系,然后建立了无人
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四旋翼无人机应用领域广阔,获得准确的位置信息和使用性能良好的飞行控制系统是实现无人机精准定点飞行的重要条件。为提高无人机在定点飞行时,位置信息的准确性和定点飞行控制系统的鲁棒性,本文基于自主研发的飞行实验平台,对无人机的位置信息估计和飞行控制原理进行了深入研究。研究内容主要包括以下几个方面:（1）首先介绍了四旋翼无人机的飞行原理,解算出四旋翼无人机的各个参数在相关坐标系下的转换关系,然后建立了无人机的动力学模型和运动学模型。（2）为获取精准的无人机位置信息,本文首先对光流传感器、超声波传感器、IMU、GPS进行特性分析,在此基础上,设计了基于扩展Kalman滤波的光流传感器/超声波传感器/IMU/GPS的位置信息融合算法,并与GPS/IMU的位置信息融合算法进行对比。仿真实验结果表明,所设计的位置信息融合算法大幅度提高了位置信息的精度。（3）为提高无人机飞行控制的鲁棒性,本文深入研究了自抗扰控制（ADRC）算法,并设计了基于ADRC算法的无人机位置与姿态控制系统,仿真实验结果表明,所设计的基于ADRC算法控制系统的控制效果明显优于常规PID控制效果,提高了无人机飞行控制系统的鲁棒性。（4）基于自主研发的四旋翼无人机平台,分别进行了四旋翼无人机的静态定位测试和定点飞行测试,并通过四旋翼无人机定点投放任务对本文所设计的位置信息融合算法和飞行控制系统进行验证,测试结果表明,本文设计的位置信息融合算法明显提高了位置信息的精度,基于ADRC算法的位置与姿态控制系统明显提升了无人机定点飞行控制系统的鲁棒性。可见,本文设计的基于多信息融合的无人机精准定点飞行控制系统,满足高精度飞行任务的设计要求,具有较好的工程应用价值。
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