本文關(guān)鍵詞：四旋翼小型無(wú)人飛行器

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 姿態(tài)解算 姿態(tài)控制 四元數(shù)

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能化機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用逐漸成為學(xué)術(shù)團(tuán)體和科研機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)。四旋翼飛行器作為智能化機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一員,涉及眾多領(lǐng)域的高、精、尖技術(shù),并憑借其新穎的結(jié)構(gòu)、靈活的操縱性等優(yōu)勢(shì),在國(guó)防領(lǐng)域、商用及民用領(lǐng)域等受到了越來(lái)越多的關(guān)注。本文在介紹了國(guó)內(nèi)外四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上,旨在設(shè)計(jì)一種能滿足基本飛行運(yùn)動(dòng)要求的四旋翼小型無(wú)人飛行器。通過(guò)研究四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)、工作原理、姿態(tài)解算和姿態(tài)控制過(guò)程,設(shè)計(jì)了一款以Stm32單片機(jī)為核心,MPU6050為慣性測(cè)量單元的飛行控制系統(tǒng)。四旋翼飛行系統(tǒng)包括四旋翼飛行器、手持遙控器和上位機(jī)。四旋翼飛行器部分的MPU6050傳感器是集三軸陀螺儀與三軸加速度傳感器于一體的傳感器,將測(cè)量的角速度量和加速度量的數(shù)值傳送給Stm32進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,解算出當(dāng)前的姿態(tài),然后接收手持遙控器通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)發(fā)來(lái)的運(yùn)動(dòng)指令,與之前的目標(biāo)姿態(tài)融合成當(dāng)前的目標(biāo)姿態(tài),通過(guò)當(dāng)前的姿態(tài)和目標(biāo)姿態(tài)計(jì)算出姿態(tài)差,然后將姿態(tài)差反饋到PID控制器,計(jì)算出四個(gè)電機(jī)的油門,不斷的調(diào)節(jié)當(dāng)前的姿態(tài)到目標(biāo)姿態(tài),即可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。四旋翼飛行器的姿態(tài),電池電量等數(shù)據(jù)可以無(wú)線傳輸?shù)竭B接到電腦的手持遙控器,進(jìn)而在上位機(jī)上可以3D顯示四旋翼的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)情況;同樣,可以通過(guò)改變上位機(jī)上某些參數(shù)的值進(jìn)而改變四旋翼飛行器的相應(yīng)參數(shù),這在調(diào)試過(guò)程中是非常方便的。論文最后對(duì)基于四元數(shù)的姿態(tài)解算算法進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析,可以驗(yàn)證橫滾角的靜態(tài)誤差0.826°,俯仰角的靜態(tài)誤差0.945°,證明了姿態(tài)解算算法的可行性。同時(shí)進(jìn)行了飛行測(cè)試,穩(wěn)定的飛行可以驗(yàn)證基于四元數(shù)的姿態(tài)控制的可行性。因此,本文設(shè)計(jì)的四旋翼飛行器為今后功能更加強(qiáng)大的四旋翼飛行器打下了一定的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 姿態(tài)解算 姿態(tài)控制 四元數(shù)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 選題背景與研究意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 四旋翼飛行器的歷史發(fā)展10-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容15-16
• 第二章 四旋翼飛行器的基本原理16-23
• 2.1 坐標(biāo)系16
• 2.2 姿態(tài)描述16-20
• 2.2.1 歐拉角17-18
• 2.2.2 四元數(shù)18-20
• 2.2.3 四元數(shù)與歐拉角的關(guān)系20
• 2.3 四旋翼飛行器的基本原理20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-23
• 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案23-38
• 3.1 系統(tǒng)硬件總體方案23
• 3.2 硬件系統(tǒng)原理圖23-25
• 3.2.1 飛機(jī)部分整體原理圖23-24
• 3.2.2 遙控部分整體原理圖24-25
• 3.3 硬件模塊設(shè)計(jì)25-35
• 3.3.1 電池充電電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.3.2 電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)26-28
• 3.3.3 最小系統(tǒng)28-30
• 3.3.4 傳感器模塊30-31
• 3.3.5 無(wú)線傳輸模塊31-33
• 3.3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)33
• 3.3.7 液晶顯示電路設(shè)計(jì)33-35
• 3.3.8 搖桿及按鍵電路設(shè)計(jì)35
• 3.4 硬件系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案38-60
• 4.1 系統(tǒng)軟件總體方案38-39
• 4.2 外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)39-49
• 4.2.1 MPU6050傳感器的IIC驅(qū)動(dòng)39-40
• 4.2.2 無(wú)線模塊的驅(qū)動(dòng)及通信協(xié)議40-44
• 4.2.3 電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)44-45
• 4.2.4 LCD5110液晶驅(qū)動(dòng)45-48
• 4.2.5 搖桿的驅(qū)動(dòng)48-49
• 4.3 算法實(shí)現(xiàn)49-59
• 4.3.1 姿態(tài)解算的最陡下降算法49-53
• 4.3.2 姿態(tài)控制的PID算法53-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析60-67
• 5.1 設(shè)計(jì)成果60-61
• 5.2 系統(tǒng)調(diào)試61-65
• 5.2.1 陀螺儀零偏不穩(wěn)定61-62
• 5.2.2 姿態(tài)解算的調(diào)試62-63
• 5.2.3 PID調(diào)試63-64
• 5.2.4 重心不穩(wěn)的改進(jìn)64-65
• 5.3 結(jié)果分析65-66
• 5.3.1 姿態(tài)解算的誤差分析65
• 5.3.2 飛行測(cè)試65-66
• 5.3.3 功耗分析66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 總結(jié)67-68
• 6.2 展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 于青;AUV捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：1071174