四旋翼无人机飞行控制及路径规划算法研究

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如今是无人机飞速发展的年代,无论是军用还是民用,无人机越来越体现出其巨大的实用价值,随着应用领域越来越广泛,人们对无人机的要求也越来越高,从基本的飞行控制到智能自主飞行,无人机的研究在向着更高水平发展。无人机的稳定控制是其进行一切任务的基础,论文依据仿人智能控制理论,设计了一种四旋翼无人机仿人智能控制器,通过分段操作实现对无人机的精确控制,为验证控制器的可行性和优越性,论文对其和传统的串级PID控制器进行了仿真对比,实验结果证明论文设计的控制器对四旋翼无人机的控制效果更优。无人机路径规划是无人机实现自主飞行的一个重要部分,而且由于无人机任务的复杂度不断增加,高效的飞行是必不可少的,所以无人机的路径规划技术受到更多关注。无人机路径规划是指在已知或未知环境条件下,指定无人机飞行的起点和终点,无人机自主完成飞行路径的设计工作,并且保证某项飞行指标最优。在移动机器入领域或者二维环境下,路径规划技术的发展相对成熟,已经有很多算法得到应用,像蚁群算法、遗传算法等,都取得了不错的效果,无人机路径规划在三维环境下进行,其复杂度有了很大升高,而且还要考虑无人机自身条件的约束等因素,使得问题更加复杂,很多算法都不能满足规划要求,需要进一步研究。论文在现有研究的基础上,先对较为常用的遗传算法进行了研究,对其进行改进从而用于路径规划中,取得了一定效果,但论文只研究了其在栅格建模的基础上的应用,考虑到无人机飞行环境的宽度和广度以及飞行路径的平滑度等因素,论文结合已有研究成果,进一步提出一种基于A*算法的Dubins路径规划算法,将无人机自身的转弯半径约束考虑在内,可以规划出一条平滑的最短飞行路径。文中对提出的规划算法进行了详细介绍,从原理到具体过程,从二维到三维,最后通过MATLAB仿真对该方法进行了仿真实验,验证了其有效性。
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