飞行器自主控制技术研究答辩稿
毕设开题答辩
第13~15周 考虑三维问 题，准备毕 设论文 第16~17周 完成毕设论文， 完善实验结果
第3周
进行开题答辩
第8~9周
第4~5周
学习激光测距， 鲁棒控制等方面 的理论
第10~12周
引入多障碍物复 杂环境，修改优 化算法，多次仿 真，验证算法可 靠性。
第18周 参加毕设答辩
五相关参考ຫໍສະໝຸດ 献1.曹美会，鲜斌，张旭，文曦 , 基于视觉的四旋翼无人机自主定位与控 制系统 2.戴琼海，刘慧 , 一种无人机的视觉定位与避障方法及系统 3.朱海锋，潘泉，吕洋等 , 一种空地协同的无人机感知规避系统及其规 避方法 4.昂海松 , 微型飞行器系统与技术 5.苏宏业 , 鲁棒控制基础理论 6.段洪军，史小平 , 微型飞行器建模与控制 7.方振平，陈万春，张曙光 , 航空飞行器飞行动力学
三
1
需要解决的问题
需要解决以下问题：
处理测距仪采 集的数据，并 用这些数据构 造出最优的路 径算法，同时 还要保证算法 足够简单，以 满足小功率要 求
2 3
建立飞行控制 一阶算法，实 现对路径的拟 合，不断优化 算法，避免频 繁机动带来的 动力损失
要提高算法的 可靠性，对复 杂环境和异常 扰动要有鲁棒 性
二
研究内容及方法
开始
确定起点和目标位置 激光扫描 确定障碍 物视场 规划路径 进行机动 No 到达目标 结束 No
系统设计工作方式：
在给定起点和终点的 情形下，需要飞行器 自主穿越存在障碍的 未知环境。
二
1
2 3
研究内容及方法
通过测距仪进行扇面范围内扫描，确 定障碍物角度范围和与飞行器间距离 激光测距扫描 参数。 综合目标位置和起点位置构建矢量运 算公式进行运算，规划飞行器路线， 实现规避 按照规划路线建立飞行器运动控制方 程，主要确定飞机转弯速率和加速度 关系，实现驱动路线拟合。
飞行器自主控制技术研究答辩稿
作 者： 导 师： 明德学院 自动化系 2014年6月
报告提纲
1.选题背景 2.完成工作 3.研究内容 4.论文框架 5.动力学建模 6.算法设计与仿真 7.总结
选题背景
• 随着自动控制技术和智能决策技术的不断发展，无人机凭 借其低成本，零伤亡，可重复使用和高机动等优点，成为 了当代战争的重要作战工具之一，有着不可替代的作用 • 旋翼式飞行器作为一种无人机，其起飞和降落所需空间较 少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态 保持能力较强的优点，在民用和军事领域都有广泛的应用 前景 • 近年来对四旋翼飞行器的研究成果较多，融合了自动控制、 传感以及计算机科学等诸多技术，成为了未来无人机的主 要发展趋势，并成为目前重点的研究对象
PI算法仿真结果
不加控制器时系统脉冲响应
加控制器时系统脉冲响应
PID算法
• 1）比例调节作用，对四旋翼无人飞行器进行飞行观测，比照惯性 坐标系，当出现角度偏差时，比例调节立即产生作用，将角度向着 零点运动，实现四旋翼无人飞行器的稳定飞行，比例系数大，可以 加快调节，减少误差，但是过大的比例，使四旋翼无人飞行器稳定 性下降 • 2）积分调节作用，是使四旋翼无人飞行器消除稳态误差，提高无 差度。即使有一个小的角度变化，通过长时间的积分作用都能够显 现出来，对四旋翼无人飞行器的姿态变化产生影响，积分时间常数 T，T越小，积分作用就越强。反之T大，则积分作用弱，积分调节 动态响应变慢，但实现无差姿态调节是必须的。 • 3）微分调节作用，反映四旋翼无人飞行器偏航角度偏差信号的变 化率，具有预见角度变化趋势，实现姿态的超前控制，在偏航角度 偏差还没有形成之前，实现对偏差的消除。因此，改善四旋翼无人 飞行器的动态性能。
积分分离PID算法仿真
航天系统职称答辩材料
航天系统职称答辩材料尊敬的评委、老师、同学们：大家好！我是航天系统职称评审的候选人XXX。
今天非常荣幸能够站在这里，向大家展示我的职称答辩材料。
我从事航天系统工作多年，积累了丰富的经验和知识。
以下是我在职称答辩中的相关内容：一、个人简介我毕业于 XXX 大学，在航天系统工作领域拥有 XX 年的工作经验。
我曾参与过多个重要航天项目的研发与管理工作，并在其中承担过重要职责。
在过去的工作中，我不断提升自己的专业技能和学术水平，并取得了多项专利和论文的成果。
二、主要贡献1. 项目管理：我曾担任多个航天项目的项目经理，负责整体项目的计划、组织、协调和控制。
通过我对航天项目管理的深入研究和实践，我在项目组织与管理方面积累了丰富的经验，并通过成果的交付得到了相关部门的认可。
2. 技术研究：我在航天系统的技术研究方面做出了一定的贡献。
通过我对航天系统的深入研究，我发表了多篇高水平的科研论文，并在国际会议上做了相关报告。
其中，我特别关注了航天系统的先进技术，如机动控制、导航与定位、通信系统等方面的研究。
3. 团队建设：作为一个资深的航天系统工程师，我一直致力于团队建设工作。
我带领团队完成了多个具有挑战性的项目，并通过团队的协作与合作，取得了优异的成绩。
我也积极参与培训和指导新人，努力传播我的经验和知识。
三、未来规划航天系统是我一直热爱的领域，未来我将继续努力在这个领域中取得更多的贡献。
我计划将自己的经验与知识分享给更多的人，包括参与航天系统的培训、撰写相关的学术著作等。
同时，我也将继续深入研究与探索航天系统的新技术和新方法，不断提升自己的专业素养和学术水平。
最后，我真诚地感谢评委和老师们给予我的机会，并期待得到大家的认可与支持。
谢谢！。
毕设中期答辩
第三阶段
搭建飞行控制方程，通 过建立转弯速率和加速 度参数的关系，实现对 规划路线的拟合
第五阶段
熟悉掌握matlab软件， 通过该软件对所建立的 算法进行仿真，目前仍 在进一步的学习过程中
2 阶段成果
1 选取型号：URG-04LX 主要参数： 重量：141g 角坐标分辨率：0.36° 分辨率：1mm 扫描频率：10Hz（10 次/s） 扫描角度：240° 扫描波长：785nm 探测范围：大约5m 电压：5V 电流：0.5A
未知环境中的微小型飞行器的感知飞行
Navigation of Micro Aerial Vehicle in Unknown Environments
北京航空航天大学
航空科学与工程学院
答辩人：朱超磊
指导老师：罗漳平
CONTENTS
研究概述 中期成果
1 3 存在问题
2
4 后期安排
1
研究概述
1 研究概述
2
中期成果
2 中期成果
研究 阶段
第二阶段
依据传感器采集数据结 果构造合理的路径规划 算法，利用新势场法模 拟飞行器路径规划过程
第四阶段
搭建飞行动力学模型， 结合微小型飞行器平台 自身的限制，通过对位 置速度偏航率等参数的 控制实现飞机机动
1
2
3
4
5
第一阶段
选择合适的激光测距仪 保证其参数符合飞行器 平台的低功耗要求，同 时由其参数决定了障碍 物位置形状的数据形式
以验证算法的效率。
3
考虑算法的鲁棒性，对不同环境因素下算法的可靠性进行研究
4
撰写毕设论文，是问题结果条理化，规范化
谢谢
建立控制方程过程中，需要考虑到微小型 飞行器本身的速度和加速度约束，算法计 算的结果需要符合飞行器本身的设计要求， 同时，由于飞行器动力状况处于不断变化 过程中，改变导致其控制方程本身是飞行 器状态的函数，而算法是一个理想化过程， 通过简化以上过程实现更小的运算量，可 以通过后期继续研究，探讨该问题引发的 误差量的大小。
基于现代控制理论的飞行器自主控制研究
基于现代控制理论的飞行器自主控制研究一、引言随着科技的不断发展，飞行器的自主控制成为了研究的热点之一。
基于现代控制理论，可以提高飞行器的自主控制性能，使其具备更高的稳定性、精确性和适应性。
本文将探讨基于现代控制理论的飞行器自主控制研究。
二、传统控制理论的局限性传统的飞行器控制方法，主要采用PID控制器等经典控制方法。
然而，传统控制理论存在一些局限性。
首先，传统控制理论不够精确，难以实现对复杂系统的控制。
其次，传统控制理论缺乏适应性，无法应对外界环境的变化。
最后，传统控制理论对于非线性系统的控制效果不理想。
三、现代控制理论的基本概念为了克服传统控制理论的局限性，现代控制理论应运而生。
现代控制理论主要包括状态空间法、最优控制和自适应控制等方法。
1. 状态空间法状态空间法是一种将控制系统表示为多个状态变量的方法。
通过对系统状态进行观测和测量，可以实现对系统的控制。
状态空间法不仅可以处理线性系统，还可以处理非线性系统，因此被广泛应用于飞行器的控制中。
2. 最优控制最优控制是指在给定约束条件下，寻找使得系统性能达到最优的控制策略。
最优控制方法可以通过优化算法来实现，比如动态规划、最优化等方法。
最优控制方法可以提高飞行器的控制性能，使其具备更高的稳定性和效率。
3. 自适应控制自适应控制是一种能够根据外部环境和系统变化自主调整控制参数的方法。
自适应控制方法可以通过神经网络、模糊控制等方法来实现。
自适应控制方法可以使飞行器具备更好的鲁棒性和适应性。
四、基于现代控制理论的飞行器自主控制方法基于现代控制理论，可以开发出多种飞行器自主控制方法，如模型预测控制、滑模控制、自适应控制等。
1. 模型预测控制模型预测控制是一种基于系统数学模型的预测方法。
通过预测未来系统状态，可以通过优化算法计算出最优的控制策略。
模型预测控制方法可以提高飞行器的稳定性和控制精度。
2. 滑模控制滑模控制是一种通过引入滑模面来实现对系统控制的方法。
自主飞行器姿态控制技术的设计与实现
自主飞行器姿态控制技术的设计与实现随着无人机技术的快速发展，自主飞行器在各个领域得到广泛应用。
而自主飞行器的姿态控制技术是实现其稳定飞行的重要组成部分，本文将从姿态控制原理、设计思路和实现方法三个方面，探讨自主飞行器姿态控制技术的设计与实现。
姿态控制是指控制飞行器在空间中的旋转和摆动，以实现期望的飞行姿态。
在设计自主飞行器姿态控制技术时，需要考虑传感器获取的姿态信息，并通过控制器输出相应的控制信号，维持飞行器稳定飞行。
首先，姿态控制的原理包括传感器数据采集和控制器的输出。
自主飞行器通过搭载加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器，实时获取飞行器的姿态信息。
加速度计用于测量飞行器在各个轴向的加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量飞行器的地磁方向。
传感器获取的数据经过处理，计算得到飞行器的姿态角度。
然后，控制器通过比较飞行器的实际姿态和期望姿态，计算得到控制信号，控制飞行器的电机或舵面舵机进行调整，以维持飞行器的稳定姿态。
其次，自主飞行器姿态控制技术的设计需要考虑姿态控制器的选择和参数调整。
姿态控制器包括比例积分微分（PID）控制器、模糊控制器和模型预测控制器等。
PID控制器是一种经典的姿态控制器，其通过比较飞行器的实际姿态和期望姿态，根据误差的大小计算出控制信号。
模糊控制器则是基于经验规则进行控制决策，通过模糊逻辑运算和模糊规则库进行姿态控制。
模型预测控制器利用数学建模和预测算法，根据飞行器的动力学模型进行姿态预测和控制。
在选择姿态控制器时需要综合考虑飞行器的特点、控制要求和计算复杂度等因素，并通过参数调整优化控制器性能。
最后，自主飞行器姿态控制技术的实现方法包括基于传统控制方法和基于机器学习方法。
基于传统控制方法的实现主要依靠数学模型和控制算法进行设计和调整，适用于稳定和可控的飞行器。
而基于机器学习方法的实现则是通过训练数据和深度学习算法进行姿态控制器的学习和优化，适用于复杂和非线性的飞行器。
四轴飞行器答辩课件
·指导教师： ·演示者姓名：
—基于单片机的无人机设计
演 示 文 稿 上 期 ： 20 -4-7
2015/4/6
13
1 of
选题背景
“无人机”,英文缩写为"UAV", 是利用无线电遥控设备 和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定 义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞 行器、无人飞艇、无人伞翼机等。
Boca
Raton,FL,1994
11 of 13
Thank You! QUADCOPTOR
12 of 13
6.S. Arimoto, Control Theory ofNonlinear Mechanical Systems. Oxford Science Publications, 1996.
7.S. Sastry, A mathematical introduction to robotic manipulatic
通过旋转轴和统该轴旋转的角度可以构造一个四元数：
w=c0s(a/2) x=sin(a/2)cos(B) y=sin(α/2)cos(β,)
:#sin(a/2)c0s(4)
9 of 13 >
四轴飞行器软件部分
·PC上位机设计
·基于C++
三维类态显示 t
四轴飞行得三维密者上位机山东大学(或海)SKT 项目：基于的四轴飞行器
强把
数据腰收
· MFC框 架
· OPENGL
·可连接手柄 串口设置 0
被得军
奇偶技验无校验
数据
位
制面板
油门当前： 打开甲口
油门控制(左右方向键整): 油门相锁
飞行器自主控制技术研究
摘要随着自动控制技术和智能决策技术的不断发展，无人机凭借其低成本，零伤亡，可重复使用和高机动等优点，成为了当代战争的重要作战工具之一，有着不可替代的作用。
旋翼式飞行器作为一种无人机，其起飞和降落所需空间较少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态保持能力较强的优点，在民用和军事领域都有广泛的应用前景。
尤其是近年来对四旋翼飞行器的研究成果较多，融合了自动控制、传感以及计算机科学等诸多技术，成为了未来无人机的主要发展趋势，并成为目前重点的研究对象。
由于四旋翼飞行器具有体积小、重量轻、功耗低、具有多变量、非线性、强耦合、欠驱动等特性，其控制问题一直是该领域的研究重点。
本论文的主要工作如下：1）本文首先对小型四旋翼飞行器的国内外研究现状进行了简单的介绍；介绍四旋翼无人飞行器涉及的关键技术，设计了四旋翼无人飞行器整体结构，包括四旋翼无人飞行器的机械结构、控制系统硬件，搭建四旋翼无人飞行器研究平台。
2）对四旋翼无人飞行器进行力学分析，以小型四旋翼飞行器为实际对象，对四旋翼的建模和控制方法做了研究。
根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究，在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型，四旋翼飞行器有各种的运行状态，并对飞行器进行力学分析。
3）通过选取四旋翼无人飞行器在运动过程中的受力分析，完成对其动力学模型的建立，通过对传递函数做适当简化得到了系统仿真模型。
进一步推出四旋翼无人飞行器在旋转运动和直线运动上的传递函数，针对现有四旋翼无人飞行器结构，建立机体坐标系，为四旋翼无人飞行器的飞行控制器的设计提供了可靠的控制模型。
4）通过Matlab中的Simulink模块，分别对姿态回路PI控制算法、姿态和位置回路的PID控制算法和积分分离PID控制算法进行了仿真，通过对PID飞行控制算法进行Matlab仿真可知，四旋翼无人飞行器在PI、PID、积分分离PID 控制算法下是可控的。
通过仿真观察到飞行器能够基本达到稳定飞行的目的，不过在在实际检测系统中还是容易受到干扰，所以还是需要必要的控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
敬请各位老师批评指正！
论文框架
• • • • • 第一章 绪论 第二章 四旋翼飞行器硬件结构 第三章 四旋翼飞行器动力学模型 第四章 四旋翼飞行器控制算法研究 第五章 总结
动力学建模
• 研究四旋翼无人飞行器，首先要建立系统的动力学模型 。介绍四旋翼无人飞行器建模的基本方法，选取影响飞 行器运动的关键受力和力矩，根据物理定律建立飞行器 的动力学方程模型。 • 控制器的分析与设计需要将实际系统抽象成数学模型， 先在理论上针对模型研究与设计。用一组能够尽可能简 单、全面的表达、体现实际系统各项性能、参数、特点 的数学表达式来表达实际系统，建立模型。
算法设计
• 对四旋翼飞行器做控制仿真，可以验证飞 行器的模型的正确性和测试控制算法的可 靠性。飞行器的控制仿真采用 MATLAB/SIMULINK作为仿真工具。
• 控制算法： PI 、PID 、积分分离 PID
算法流程
积分分离 PID 控制 算法的程序流程图
采用偏航角度和位置作为输入 数据
PI算法
PI算法仿真结果
不加控制器时系统脉冲响应
加控制器时系统脉冲响应
ห้องสมุดไป่ตู้
PID算法
• 1）比例调节作用，对四旋翼无人飞行器进行飞行观测，比照惯性 坐标系，当出现角度偏差时，比例调节立即产生作用，将角度向着 零点运动，实现四旋翼无人飞行器的稳定飞行，比例系数大，可以 加快调节，减少误差，但是过大的比例，使四旋翼无人飞行器稳定 性下降 • 2）积分调节作用，是使四旋翼无人飞行器消除稳态误差，提高无 差度。即使有一个小的角度变化，通过长时间的积分作用都能够显 现出来，对四旋翼无人飞行器的姿态变化产生影响，积分时间常数 T，T越小，积分作用就越强。反之T大，则积分作用弱，积分调节 动态响应变慢，但实现无差姿态调节是必须的。 • 3）微分调节作用，反映四旋翼无人飞行器偏航角度偏差信号的变 化率，具有预见角度变化趋势，实现姿态的超前控制，在偏航角度 偏差还没有形成之前，实现对偏差的消除。因此，改善四旋翼无人 飞行器的动态性能。
积分分离PID算法仿真
• 积分分离 PID位移阶跃响应曲线仿真图
总结
• 通过对 PID 飞行控制算法进行 Matlab 仿真可 知，四旋翼无人飞行器在 PI、PID、积分分离 PID 控制算法下是可控的，通过仿真观察能够 基本达到稳定飞行的目的。 • 四旋翼无人飞行器能够自主的稳定飞行，在实 际检测系统中还是容易受到干扰，所以还是需 要必要的控制。再验证了控制算法的有效性。
PID算法仿真结果
• 角度阶跃响应曲线仿真图
• 位移阶跃响应曲线仿真图
积分分离PID算法
• 1）当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作 用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调 量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制 ，以便消除静差，提高控制精度 • 2）当四旋翼无人飞行器偏航角度有较大偏差时 采用PD控制，使得飞行器快速到达给定值位置 ，当在给定值范围内时，采用PID控制可以有效 的消除四旋翼无人飞行器的偏航角度静差，实现 四旋翼无人飞行器的稳定飞行
• 1）比例调节作用，对四旋翼无人飞行器进行飞行观测 ，四旋翼无人飞行器能够抵抗外界的干扰力矩的作用， 只要手快速的尝试改变四旋翼无人飞行器的角度状态， 四旋翼无人飞行器就会产生一个抵抗力矩。
• 2）积分调节作用，对陀螺仪角速度的积分得到实际四 旋翼无人飞行器旋转的角度，如果四旋翼无人飞行器有 一个倾斜角度，那么四轴就会自己进行调整，直到四轴 的倾角为零，它所产生的抵抗力是与角度成正比的
飞行器自主控制技术研究
作 者： 导 师： 明德学院 自动化系 2014年6月
报告提纲
1.选题背景 2.完成工作 3.研究内容 4.论文框架 5.动力学建模 6.算法设计与仿真 7.总结
选题背景
• 随着自动控制技术和智能决策技术的不断发展，无人机凭 借其低成本，零伤亡，可重复使用和高机动等优点，成为 了当代战争的重要作战工具之一，有着不可替代的作用 • 旋翼式飞行器作为一种无人机，其起飞和降落所需空间较 少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态 保持能力较强的优点，在民用和军事领域都有广泛的应用 前景 • 近年来对四旋翼飞行器的研究成果较多，融合了自动控制、 传感以及计算机科学等诸多技术，成为了未来无人机的主 要发展趋势，并成为目前重点的研究对象
完成工作
• 研究分析了四旋翼无人飞行器的产生和发展过程，国内外 研究现状以及其主要的特点，对相关关键技术进行阐述和 分析，指明了研究过程具有重要意义 • 分析了四旋翼飞行器的结构形式以及垂直运动、俯仰运动 等状态的工作原理 • 研究了四旋翼飞行器的飞行原理和实体模型基础上，做出 基于MATLAB/SIMULINK的仿真模型 • 通过Matlab中的Simulink模块，分别对PI控制算法、PID控 制算法和积分分离PID控制算法进行了仿真
四旋翼飞行器特点
• 四旋翼飞行器与普通旋翼飞行器相比，具有以下特点： 1）体积小，适合在多种地形使用，起飞、发射简单。并且 拥有较小重、有良好的隐蔽性能 2）低空飞行，机动性强，可进行360度定点转弯，能够执行 特种任务，飞行高度从几米到几百米，飞行速度从每秒几米 到几十米，能够适应复杂环境，能够对狭小地区探测，并提 供实时精确信息 3）机械组成简单，便于维护、拆卸，而且费用低
研究内容
• 对四旋翼无人飞行器进行力学分析，并对四旋翼的建模和控 制方法做了研究。在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模 型，并对飞行器进行力学分析 • 选取四旋翼无人飞行器在运动过程中的受力分析，完成对其 动力学模型的建立，并针对现有四旋翼无人飞行器结构，建 立机体坐标系，为四旋翼无人飞行器的飞行控制器的设计提 供了可靠的控制模型 • 研究基于PID控制理论的四旋翼飞行器的姿态控制算法，利用 建立的四旋翼飞行器的动力学模型，仿真验证算法的有效性