本文關鍵詞：一種自主飛行四旋翼系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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【摘要】：當煤礦井下發(fā)生災害性爆炸事故之后，很可能引發(fā)二次爆炸等事故，環(huán)境存在高危險性。針對煤礦救援中所遇到的探測未知危險問題，本文設計并實現(xiàn)自主飛行四旋翼系統(tǒng)，以提高煤礦救援的有效性。自主飛行四旋翼結構具有對稱性，在操縱性和機械機構方面具有很多潛在的優(yōu)勢。因此，設計在煤礦井下自主飛行四旋翼能方便有效地對井下環(huán)境進行探測。 本文針對小型自主飛行四旋翼直升機，，以AVR單片機為核心，設計了自主飛行四旋翼直升機控制器的硬件和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了四旋翼的平穩(wěn)飛行。首先，本文依據(jù)目標對控制系統(tǒng)總體結構、硬件和軟件進行整體設計。按功能將控制系統(tǒng)劃分成電源模塊、主控制器模塊、電調推進組模塊、姿態(tài)傳感器模塊、狀態(tài)信息傳輸模塊和遙控模塊六個獨立模塊。并對各個模塊進行硬件電路設計和印制PCB板，然后對四旋翼飛行器各個模塊進行軟件設計。 本文設計基于四元數(shù)法的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)。為了克服慣性導航中陀螺儀傳感器漂移現(xiàn)象，本文使用三軸加速度計與陀螺儀傳感器進行融合，使得四旋翼在飛行控制當中得到更為理想的飛行狀態(tài)角度值。姿態(tài)控制是飛行控制的核心問題，四旋翼無人直升機的結構特殊性決定了其控制器設計的特殊性：自主飛行四旋翼直升機是通過四個螺旋槳實現(xiàn)對六個被控制量的進行控制，可見是一個欠驅動系統(tǒng)。本文設計PID控制器進行姿態(tài)控制。系統(tǒng)飛行實驗結果表明，自主飛行四旋翼使用PID控制器可以得到良好的姿態(tài)控制效果，驗證了控制系統(tǒng)設計的飛行平穩(wěn)性。 同時，四旋翼飛行器在飛行試驗過程當中，得到飛行控制量與飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)對于飛行器的研究分析特別重要。因此，本文還設計開發(fā)了四旋翼飛行狀態(tài)采集板的軟件和硬件系統(tǒng)，使得四旋翼飛行器飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)能實時的獲得和本地存儲。并對四旋翼飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，為四旋翼飛行控制的研究和飛行器的二次開發(fā)打下基礎。
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：V249.1;TD774

【參考文獻】

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1 聶博文;馬宏緒;王劍;王建文;;微小型四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀與關鍵技術[J];電光與控制;2007年06期

2 王俊生;馬宏緒;蔡文瀾;稅海濤;聶博文;;基于ADRC的小型四旋翼無人直升機控制方法研究[J];彈箭與制導學報;2008年03期

本文編號：1262703