面向火山自主航空勘测的飞行控制系统设计
系统与控制
2021-11-24 v1 系统与控制
摘要
本研究开发了在恶劣环境下工作的四旋翼控制器。此处，恶劣环境指火山附近温度变化剧烈的空域。该控制器克服了火山口上方严重变化温度对标称动力学（25 摄氏度）造成的偏差。目标火山选为位于日本本土以南小岛上的 Satsuma-iojima。温度分布基于日本地质调查所先前的研究。为保证控制信号处于输入饱和限制内，开发了一种路径规划方法。为带移动参考的系统选取特征值是一个新颖课题；首次创建了开发满足特定要求控制器的方法。该方法可被视作今后设计者/工程师开发带移动目标/参考控制器的标准途径。在控制部分，设计了状态反馈控制器以稳定四旋翼高度。反馈控制器的特征值基于路径规划章所开发的方法选取。并设计了 PID 控制器以控制姿态。这些结果在 MATLAB 编写的仿真器中得到验证。最后，在高度控制中应用卡尔曼滤波器，以融合来自 IMU 与激光扫描仪的测量噪声以及由温度变化引起的系统噪声。开发卡尔曼滤波器的另一原因是 IMU 读数提供加速度，而速度无法由传感器直接获得。带卡尔曼滤波的高度控制结果在 MATLAB Simulink 中得到验证。
引用
@article{arxiv.2111.11861,
title = {Flight Control System Design for Autonomous Aerial Surveys of Volcanoes},
author = {Zhe Shen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.11861},
year = {2021}
}