四旋翼无人机自主控制技术

自主控制是实现四旋翼无人机主要功能的关键技术，其涉及诸多内容，本书主要围绕四旋翼无人机建模与参数辨识、姿态抗扰控制、避障航迹规划等内容展开研究。针对四旋翼无人机建模与参数辨识，本书阐述了基于牛顿-欧拉公式建立四旋翼无人机数学模型的方法，介绍了CIFER频域算法，将其引入四旋翼模型参数的辨识中，并给出了具体步骤，得到了复杂程度适中、较为准确的系统模型。针对四旋翼无人机姿态控制，本书引入了基于NLADRC的姿态解耦控制器，介绍了自抗扰控制的基本思想，对非线性ADRC进行了线性化，设计了一种更为简洁的基于LADRC的四旋翼无人机姿态控制器，并采用改进粒子群算法进行了参数整定。针对避障航迹规划问题，本书分别研究了单机、多机避障航迹规划方法。在单机离线避障航迹规划方面，本书介绍了一种改进的人工蜂群算法，将其引入避障航迹规划中，得到了满足四旋翼无人机性能约束的很优航迹；在单机在线避障航迹规划方面，介绍了HDSO-RRT算法，将其引入避障航迹规划中，该方法优化了算法规划时间、航迹长度和转弯角度等；在多机编队避障航迹规划方面，本书研究了基于一致性和人工势场的四旋翼无人机编队避障航迹规划方法，所设计的控制协议实现了四旋翼无人机编队队形的生成和保持以及对障碍物的规避，同时可以避免编队四旋翼无人机之间发生碰撞。

第1章 概述
1.1 四旋翼无人机研究现状
1.1.1 工程应用现状
1.1.2 理论研究现状
1.2 四旋翼无人机关键技术研究现状
1.2.1 建模辨识方法研究现状
1.2.2 姿态控制方法研究现状
1.2.3 避障航迹规划研究现状
第2章 四旋翼无人机建模与参数辨识
2.1 四旋翼无人机动力学建模
2.1.1 参考坐标系
2.1.2 姿态的描述与定义
2.1.3 四旋翼无人机的结构及工作原理
2.1.4 四旋翼无人机动力学模型
2.2 基于CIFER的四旋翼无人机参数辨识方法
2.2.1 CIFER辨识技术
2.2.2 CIFER软件辨识流程
2.2.3 四旋翼无人机关键参数辨识
2.3 本章小结
第3章 基于自抗扰技术的无人机姿态控制方法
3.1 基于NADRC的四旋翼无人机姿态控制方法
3.1.1 ADRC结构
3.1.2 基于非线性自抗扰控制器的姿态解耦控制
3.1.3 参数整定
3.1.4 仿真分析
3.2 基于LADRC的四旋翼无人机姿态控制方法
3.2.1 LADRC系统结构
3.2.2 基于改进粒子群算法的控制器参数整定
3.2.3 稳定性分析
3.2.4 仿真分析
3.3 本章小结
第4章 四旋翼无人机单机避障航迹规划方法
4.1 单机离线避障航迹规划
4.1.1 航迹规划问题描述
4.1.2 改进人工蜂群算法
4.1.3 仿真分析
4.2 基于HDSO-RRT算法的单机在线避障航迹规划
4.2.1 性能约束
4.2.2 RRT算法和人工势场法简介
4.2.3 RRT算法与人工势场法比较
4.2.4 HDSO-RRT算法
4.2.5 仿真分析
4.3 本章小结
第5章 四旋翼无人机编队避障航迹规划方法
5.1 图论理论
5.1.1 图的相关定义
5.1.2 图的代数矩阵
5.2 一致性理论分析
5.2.1 一阶模型一致性协议
5.2.2 二阶模型一致性协议
5.3 一致性编队问题描述
5.4 势场的建立
5.4.1 平衡点的引力场
5.4.2 四旋翼无人机编队个体之间的斥力场
5.4.3 障碍物产生的斥力场
5.5 四旋翼无人机编队避障控制协议
5.6 仿真分析
5.6.1 虚拟领航者悬停
5.6.2 虚拟领航者盘旋
5.6.3 编队避障
5.7 本章小结
参考文献