臺灣博碩士論文加值系統

四旋翼飛行機器人為一欠致動之系統，只有四個致動器並無法隨意控制三維空間之六自由度運動，通常考慮三軸平移以及轉向運動之控制。本研究先利用牛頓第二運動定律和尤拉運動方程式推導其動力學模式，並討論翼動效應之影響建立含干擾之外力模型，再利用反向步進法以及部分回授線性化法分別設計含適應性估測補償器之穩定非線性控制器，其中包含翼動角以及空氣阻尼係數之估測。使用三階軟楔法設計兩組期望軌跡，並利用Matlab進行電腦模擬，以瞭解所提控制器之軌跡追蹤性能。

In this thesis, we consider the modeling and control design for a quadrotor aerial robot. The quadrotor robot is an underactuated system, only the x, y, z-axis translation and the yaw rotation can be arbitrarily controlled. First, Newton’s second law and Euler equation of motion are used to derive the 3D dynamics model considering the blade flapping effect. Then, using the backstepping method and the partial feedback linearization approach, two stable nonlinear adaptive controllers including flapping parameters and damping coefficients estimation are derived via the Lyapunov stability theory. Computer simulations are conducted to illustrate the performance of the proposed control strategies. In the simulations, two desired trajectories constructed by the cubic spline method are used for understanding the arbitrary trajectory tracking capability.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 viii
符號說明 ix
第一章 緒論 1
1.1. 研究動機 1
1.2. 文獻回顧 1
1.3. 論文大綱 3
第二章 四旋翼飛行機器人之動力學模式推導 4
2.1. 四旋翼機器人之運動學模式推導 5
2.1.1. 體座標系轉動矩陣之推導 5
2.1.2. 尤拉角速度與絕對角速度間之關係推導 8
2.2. 四旋翼機器人之動力學模式推導 10
2.2.1. 四旋翼飛行機器人之動力學模式 10
2.2.2. 考慮翼動效應之動力學模式 14
第三章 使用反向步進法與結合回授線性化法之四旋翼飛行機器人控制設計 19
3.1. 小角度假設 19
3.2. 含翼動效應之反向步進結合回授線性化控制設計 20
3.3. 含翼動效應之反向步進法控制器設計 32
第四章 電腦模擬及結果討論 45
4.1. 四旋翼飛行機器人之期望軌跡設計 45
4.1.1. 路徑(1) 45
4.1.1. 路徑(2) 52
4.2. 四旋翼飛行機器人之參數選定 55
4.3. 四旋翼飛行機器人之電腦模擬結果 56
4.3.1. 使用混合回授線性化設計模擬路徑(1)之結果與討論 56
4.3.2. 使用反向步進法控制策略模擬路徑(1)之結果與討論 65
4.3.3. 使用反向步進法控制策略模擬路徑(2)之結果與討論 73
第五章 結論與建議 82
參考文獻 83
作者簡歷 84

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