科技創(chuàng)新結(jié)題報(bào)告

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1、編號:哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目驗(yàn)收書項(xiàng)目名稱：無人飛行器協(xié)同控制項(xiàng)目級別：國家級（國家級、校級、院系級）執(zhí)行時(shí)間：2012年6_月至2013年5月負(fù)責(zé)人：學(xué)號:聯(lián)系電話：電子郵箱：院系及專業(yè)：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：院系及專業(yè)：航天學(xué)院航天工程系飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生院填表日期：2013年4月10日一、課題組成員：（包括項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、按順序）姓名性別所在院年級學(xué)號身份證號本人簽字二、指導(dǎo)教師意見:簽名：年月日三、院（系）專家組意見:組長簽名:（蓋章）年月日四、學(xué)校專家組意見:組長簽名：（蓋章）五、項(xiàng)目成果:（一）申請專利情況:序號專利名稱發(fā)明人專利屮請

2、號備注注：請將專利申請書復(fù)印件作為附件報(bào)送。（二）發(fā)表論文情況：序號論文題冃作者刊物名及期號備注注：請將所發(fā)表論文及其當(dāng)期刊物封皮、目錄的復(fù)印件作為附件報(bào)送。（三）其它成果（軟件、模型、圖紙或作品等）：序號名稱說明1控制板原理圖及PCB圖根據(jù)任務(wù)需耍，査找DSPF2808的相關(guān)資料，設(shè)計(jì)出飛控板原理圖2飛控板電路板根據(jù)原理圖制作岀PCB板，然后買元器件請人焊接3四旋翼飛機(jī)模型4四旋翼飛機(jī)控制仿真5飛行控制軟件六、項(xiàng)目研究結(jié)題報(bào)告1、課題研究目的近年來，無人機(jī)（UAV）的應(yīng)用和研允廣泛受到有關(guān)各個(gè)方面的重視。四旋翼無人機(jī)由于能夠垂直起降（VTOL）、自由懸停，可適應(yīng)于各種速度及各種飛行剖而航路

3、的飛行狀況，逐漸成為航空學(xué)術(shù)研究中新的前沿和熱點(diǎn)。很多實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)都有四旋翼無人機(jī)研究項(xiàng)目，許多研究機(jī)構(gòu)成功開發(fā)了具備在簡單約束條件下全自主飛行能力的四旋翼無人機(jī)，并經(jīng)行了編隊(duì)飛行協(xié)同控制的研究。而系統(tǒng)控制需要操控方便，運(yùn)行平穩(wěn)的飛行器，傳統(tǒng)的直升機(jī)模型很難做到，但是四旋翼無人機(jī)卻可以。為了了解四旋翼無人機(jī)的基本組成、控制原理以及編隊(duì)飛行的相關(guān)原理，在老師的指導(dǎo)幫助下開展此次課題，制作四旋翼無人機(jī)，在條件成熟的基礎(chǔ)上，嘗試開展協(xié)同控制的研究。2、課題背景幾年來，無人機(jī)（UAV）的應(yīng)用和研究廣泛受到有關(guān)各個(gè)方面的重視。世界主耍國家在發(fā)展長航時(shí)無人機(jī)和無人作戰(zhàn)飛機(jī)的同時(shí)，也在著力發(fā)展小型和微型無

4、人機(jī)，不斷研制無人機(jī)小型化，甚至微型化的技術(shù)。隨著嵌入式處理器、微傳感器技術(shù)、控制理論的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)也在軍事、民用等各方面的應(yīng)用，微型無人機(jī)可以完成超低空偵察、干擾、監(jiān)視等各種復(fù)雜的任務(wù)。四旋翼無人機(jī)由于能夠垂直起降（VTOL）＞自由懸停，可適應(yīng)于各種速度及各種飛行剖面航路的飛行狀況。它具有如下兒個(gè)特點(diǎn)：1）體積小、重量輕、隱蔽性好，適合多平臺，多空間使用，可以在地面、軍艦上靈活垂直起降，不需要彈射器、發(fā)射架進(jìn)行發(fā)射；2）飛行高度低，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，執(zhí)行特種任務(wù)能力強(qiáng)，微小型四旋翼無人機(jī)飛行高度為幾米到幾百米，飛行速度為每秒幾米到幾十米，適應(yīng)于建筑物等復(fù)雜地形；3）結(jié)構(gòu)簡單，成本低

5、，安全性好，拆卸方便，易于維護(hù)。國外很多實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)都有四旋翼無人機(jī)研究項(xiàng)目，斯坦福大學(xué)STARMAC工程先后改裝了兩款四旋翼無人機(jī)，其中STARMACI使用GPS和慣導(dǎo)傳感器可以跟蹤預(yù)定航點(diǎn)軌跡飛行；STARMACII為其改進(jìn)型,釆用碳纖維結(jié)構(gòu)，推力更大，在飛行過程中能白主控制高度和姿態(tài)，主要用于復(fù)雜環(huán)境中搜索、營救、監(jiān)視和網(wǎng)絡(luò)小移動(dòng)傳感器。STARMAC工程的目的是四旋翼系統(tǒng)有可靠的。完全自主航點(diǎn)跟蹤的能力，使其成為一個(gè)測試平臺，具備多飛行器協(xié)同飛行水平。該項(xiàng)目未來的發(fā)展目標(biāo)是，運(yùn)用多智能體技術(shù)來提高四旋翼協(xié)同飛行能力。四旋翼未來的發(fā)展趨勢主要朝三個(gè)方向：1）智能傳感技術(shù)；2）自主控制技

6、術(shù)；3）多機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制技術(shù)。3、課題研究主要內(nèi)容研究內(nèi)容分為兩部分，第一部分為四旋翼飛行器的制作，該部分又分為硬件部分制作和軟件部分編寫；第二部分為系統(tǒng)控制研究，第一部分為理論研究，第二部分為實(shí)驗(yàn)研究。（1）四旋翼飛行器制作硬件研究：為了制作四旋翼無人機(jī)，需要了解四旋翼無人機(jī)的基本組成。通過查閱相關(guān)資料，了解四軸飛行器制作所需要的硬件基礎(chǔ)，如主控芯、無刷直流電機(jī)、螺旋槳、電調(diào)、傳感器、電池等，設(shè)計(jì)出輔助電路并制作電路板，購買相關(guān)的器材，初步搭建出飛行器模型。軟件研究：建立四旋翼無人機(jī)的六自rti度數(shù)學(xué)模型，并在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上主要研究了pid控制和integralBackstepping控

7、制方法對飛行控制的影響，利用Matlab/Simulink建立相應(yīng)的仿真模型，比較了兩種控制方法的不同。四旋翼無人機(jī)是欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，本項(xiàng)目對系統(tǒng)解耦合成俯仰，橫滾和偏航三個(gè)軸的動(dòng)作，分別對做了三個(gè)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PTD控制，達(dá)到了讓飛行器穩(wěn)定飛行的目的。（2）協(xié)同控制的研究理論研究：了解無人飛行器協(xié)同控制開發(fā)需求和應(yīng)用方法，選用長機(jī)僚機(jī)的飛行模式。設(shè)定預(yù)設(shè)的編隊(duì)結(jié)構(gòu)，通過對長機(jī)的航向速度、航向角和高度跟蹤來