本文關鍵詞：可變翼無人機姿態(tài)及飛控系統(tǒng)研究

  更多相關文章： 變后掠翼 姿態(tài) 四元數(shù) PI 組合導航

【摘要】：在當今科技快速發(fā)展的背景下,無人機的研究取得了很大的進展。變后掠翼技術的應用可以使飛行載體在飛行中通過實時改變機翼達到提高不同飛行狀態(tài)下飛行效率的效果。在工程應用中,載體的姿態(tài)測量方法是一個熱點,如何在含噪聲的數(shù)據(jù)中得出高精度的載體姿態(tài)數(shù)據(jù)始終是工程項目的一個難點。目前,捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)(SINS)是獲取載體姿態(tài)信息的重要技術之一,利用SINS進行載體姿態(tài)測量是目前國內外研究的熱點之一。本文在對國內外可變翼無人機研究現(xiàn)狀分析的基礎上,接著詳細介紹了捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的工作原理,根據(jù)姿態(tài)測量的需要,給出了幾種常用的坐標系以及坐標間轉換的相關定義,著重給出了本地NED坐標系和載體坐標系之間的坐標轉換。同時對姿態(tài)矩陣計算進行研究,給出了歐拉角法、方向余弦法、四元數(shù)法三種解算姿態(tài)矩陣的公式。對上述幾種有關捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)導航參數(shù)的解算方法以及姿態(tài)角的求解進行了分析,為載體姿態(tài)信息的獲取做好了理論準備。為更好的對可變翼無人機飛控系統(tǒng)進行了一個總體的分析,文章提出了以STM32F103ZET6作為主控制器設計了一套小型變后掠翼無人機飛控系統(tǒng)。選用了集成三軸陀螺儀及三軸加速度計的MPU6050傳感器,低功耗的HMC5883L三軸磁強計等傳感器。按照模塊化的思想,對飛控系統(tǒng)總體方案進行設計以及對各傳感器模塊進行測試。最后,通過顯示模塊對載體的姿態(tài)數(shù)據(jù)、溫度及高度等信息進行實時顯示。通過上述對可變翼無人機飛控系統(tǒng)的軟硬件設計,為使無人機在導航方面測得更加精確的姿態(tài)信息,于是對其采用組合導航的測姿方案。文章首先對選用陀螺儀、加速度計及磁強計組合測姿原理進行了分析。再次,介紹了PI控制處理偏差,并給出組合測姿系統(tǒng)中姿態(tài)角的獲取流程。最后,為了對姿態(tài)數(shù)據(jù)測試的方便,選在三軸平臺環(huán)境之下進行測試,飛控系統(tǒng)得到的姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)MATLAB仿真,得出姿態(tài)角誤差圖。通過對組合導航測姿與僅使用陀螺儀測姿兩種方案下姿態(tài)角誤差值的比較,有效的證明了組合導航解算得到的姿態(tài)信息效果更好。
【關鍵詞】：變后掠翼 姿態(tài) 四元數(shù) PI 組合導航
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 無人機國外研究現(xiàn)狀10
• 1.2.2 變后掠翼技術國外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.3 無人機國內研究現(xiàn)狀12
• 1.2.4 變后掠翼技術國內研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究內容及論文結構13-15
• 1.3.1 研究內容13
• 1.3.2 論文結構13-15
• 第2章 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的基本理論15-22
• 2.1 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的原理15
• 2.1.1 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的概述15
• 2.1.2 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的原理15
• 2.2 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的坐標系15-21
• 2.2.1 坐標系的概述15-16
• 2.2.2 坐標系的類別16-17
• 2.2.1.1 地心慣性坐標系16
• 2.2.1.2 本地NED坐標系16
• 2.2.1.3 載體坐標系16-17
• 2.2.1.4 速度坐標系17
• 2.2.3 旋轉矩陣及姿態(tài)角17-21
• 2.2.3.1 旋轉矩陣及姿態(tài)角定義17-20
• 2.2.3.2 姿態(tài)角的確定20-21
• 2.3 本章小結21-22
• 第3章 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的姿態(tài)解算22-33
• 3.1 歐拉角法22-23
• 3.1.1 歐拉角的定義22
• 3.1.2 歐拉角法22-23
• 3.1.2.1 歐拉角微分方程23
• 3.2 方向余弦法23-26
• 3.2.1 方向余弦的定義23-24
• 3.2.2 方向余弦法24-26
• 3.2.2.1 方向余弦矩陣微分方程25-26
• 3.3 四元數(shù)法26-29
• 3.3.1 四元數(shù)的定義26
• 3.3.2 四元數(shù)法26-29
• 3.3.3 四元數(shù)的微分方程29
• 3.4 基于四元數(shù)法的姿態(tài)解算29-31
• 3.5 本章小結31-33
• 第4章 飛控系統(tǒng)的硬件設計33-45
• 4.1 飛行平臺的選擇33-34
• 4.2 飛行控制系統(tǒng)總框架34-35
• 4.3 STM32模塊設計35-44
• 4.3.1 微控制器選型35-36
• 4.3.2 主控制器硬件設計36
• 4.3.3 串口通訊電路設計36-37
• 4.3.4 高度傳感器模塊設計37-38
• 4.3.5 慣性傳感器模塊設計38-41
• 4.3.5.1 慣性傳感器選型38
• 4.3.5.2 慣性傳感器MPU6050簡介38-40
• 4.3.5.3 慣性傳感器HMC5883L簡介40-41
• 4.3.6 伺服驅動系統(tǒng)41-42
• 4.3.7 數(shù)據(jù)顯示模塊設計42-44
• 4.3.7.1 TFT-LCD簡介42-44
• 4.4 本章小結44-45
• 第5章 飛控系統(tǒng)的軟件設計45-59
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境45
• 5.2 I~2C總線協(xié)議45-47
• 5.3 傳感器模塊數(shù)據(jù)的采集47-53
• 5.3.1 MPU6050的數(shù)據(jù)采集47-49
• 5.3.2 HMC5883L的數(shù)據(jù)采集49-50
• 5.3.3 氣壓高度計的數(shù)據(jù)采集50-53
• 5.3.3.1 氣壓與高度的換算50-51
• 5.3.3.2 BMP180的數(shù)據(jù)采集51-53
• 5.4 驅動系統(tǒng)的軟件設計53-55
• 5.4.1 PWM信號輸出53-54
• 5.4.2 PWM信號的控制54-55
• 5.5 數(shù)據(jù)顯示模塊的軟件設計55-58
• 5.5.1 TFT-LCD顯示模塊接口功能簡介55
• 5.5.2 FSMC簡介55-56
• 5.5.3 TFT-LCD的數(shù)據(jù)采集56-58
• 5.6 本章小結58-59
• 第6章 組合導航測姿59-69
• 6.1 概述59
• 6.2 多傳感器組合導航測姿方案的基本原理59-60
• 6.3 累積誤差的獲取60-62
• 6.3.1 叉積的概念60-61
• 6.3.2 叉積在三維空間中的應用61
• 6.3.3 利用叉積獲取累積誤差值61-62
• 6.4 多傳感器組合測姿62-66
• 6.4.1 比例-積分控制概述63-64
• 6.4.2 組合測姿的姿態(tài)角獲取64-66
• 6.5 實測數(shù)據(jù)對比分析66-68
• 6.5.1 數(shù)據(jù)測試平臺簡介66
• 6.5.2 實測數(shù)據(jù)分析66-68
• 6.6 本章小結68-69
• 第7章 總結與展望69-71
• 7.1 總結69
• 7.2 展望69-71
• 參考文獻71-73
• 致謝73-74
• 附錄74-76

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 正;;萊格賽450/550將采用電傳飛控系統(tǒng)[J];國際航空;2010年12期

2 ;發(fā)展飛控系統(tǒng)已引起許多國家空軍的重視[J];航空計算技術;1994年02期

3 謝振華,范訓禮,曲建嶺,王磊,耿昌茂;飛控系統(tǒng)模糊控制器設計及穩(wěn)定性分析[J];飛行力學;2000年02期

4 張平,陳宗基;非線性飛控系統(tǒng)的控制可重構性[J];飛機設計;2001年03期

5 羅峰,王紹光,羅峰,李響,鄧建華;變結構可重構飛控系統(tǒng)研究[J];西北工業(yè)大學學報;2002年02期

6 唐志勇,王占林;任務管理式新型余度飛控系統(tǒng)的研究[J];系統(tǒng)仿真學報;2002年05期

7 唐志勇,王占林,裘麗華;任務管理式冗余飛控系統(tǒng)的可靠性分析[J];系統(tǒng)仿真學報;2002年11期

8 涂延軍,梁工謙;基于主成分分析的飛控系統(tǒng)研制費用估算[J];機械科學與技術;2003年S2期

9 陳云霞,段朝陽;飛控系統(tǒng)最壞情況分析方法研究[J];航空學報;2005年05期

10 黃宜軍,章衛(wèi)國,劉小雄;小波神經(jīng)網(wǎng)絡在飛控系統(tǒng)辨識中的應用研究[J];計算機應用;2005年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 于維倩;姜斌;劉劍慰;;非線性飛控系統(tǒng)魯棒故障診斷[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第二分冊）[C];2009年

2 李志國;張平;;飛控系統(tǒng)中的光傳總線技術應用研究[A];中國航空學會控制與應用第十二屆學術年會論文集[C];2006年

3 張翔倫;李哲;;基于適航標準的飛控系統(tǒng)設計要求分析[A];大型飛機關鍵技術高層論壇暨中國航空學會2007年學術年會論文集[C];2007年

4 曹丹青;張毅;;某型飛機飛控系統(tǒng)模擬試驗數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設計[A];2008年航空試驗測試技術峰會論文集[C];2008年

5 周成;劉魯玉;傅亮;;質量管理在飛控系統(tǒng)全壽命周期的實踐運用[A];使命與責任—以質量方法促轉型升級——第五屆中國質量學術與創(chuàng)新論壇論文集（下）[C];2012年

6 李潔;姜斌;劉春生;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡模糊觀測器的飛控系統(tǒng)故障診斷和故障調節(jié)[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

7 李哲;;大型運輸機飛控系統(tǒng)可靠性設計技術分析[A];大型飛機關鍵技術高層論壇暨中國航空學會2007年學術年會論文集[C];2007年

8 王維安;李梓衡;;飛控系統(tǒng)穩(wěn)定裕量試驗分析研究[A];面向航空試驗測試技術——2013年航空試驗測試技術峰會暨學術交流會論文集[C];2013年

9 孫亮;張平;;飛控系統(tǒng)中的混合實時網(wǎng)絡技術應用研究[A];中國航空學會控制與應用第十二屆學術年會論文集[C];2006年

10 牟瑾剛;;某型飛機飛控系統(tǒng)設計狀態(tài)創(chuàng)新管理[A];2013年中國航空學會管理科學分會學術會議論文集[C];2013年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊興根 陳華東;敢立潮頭寫風流[N];中國航空報;2005年

2 記者 徐一新　通訊員 戴海濱 黃青;航電公司與霍尼韋爾組建民用客機飛控系統(tǒng)合資公司[N];中國航空報;2012年

3 鄧莉娜;科技新星[N];中國航空報;2000年

4 馬顯超;ARJ21飛機主飛控系統(tǒng)鐵鳥試驗完成階段任務[N];中國航空報;2007年

5 張杰偉　楊柳;航空赤子心[N];中國航空報;2011年

6 朱述才　田濤 楊柳;天高任你飛 品質由我控[N];中國航空報;2012年

7 本報記者 高柱 本報通訊員 彭文晶 李文波;創(chuàng)造不凡的航空赤子[N];工人日報;2005年

8 本報記者 付毅飛　何曉亮;惡劣天氣影響飛控系統(tǒng) 測速儀穩(wěn)定性有待提高[N];科技日報;2009年

9 鄧莉娜;拓寬路子 加速發(fā)展[N];中國航空報;2001年

10 通訊員　李常明　任培林;飛行導航與控制系統(tǒng)有了“�？漆t(yī)生”[N];光明日報;2002年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 黃宜軍;小波神經(jīng)網(wǎng)絡及其在飛控系統(tǒng)中的應用研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

2 劉興華;飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設計技術研究[D];南京航空航天大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉強;基于CCPM模式的油動直升機飛控系統(tǒng)的研制[D];西京學院;2015年

2 祁建;基于Arm-Linux的四軸飛行器協(xié)調控制系統(tǒng)的設計[D];南京理工大學;2015年

3 胡磊;基于μC/OS-Ⅱ的小型固定翼無人機飛控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2014年

4 周虎;某自動飛控測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2014年

5 楊坤;基于虛擬技術的飛控系統(tǒng)試驗平臺設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2015年

6 袁小敏;面向飛控系統(tǒng)智能設計的知識管理系統(tǒng)開發(fā)[D];南京航空航天大學;2015年

7 董文明;小型柔性翼飛行器巡航段飛行控制系統(tǒng)設計[D];北京理工大學;2016年

8 龔奇駿;可變翼無人機姿態(tài)及飛控系統(tǒng)研究[D];南昌航空大學;2016年

9 金益輝;光傳飛控系統(tǒng)實現(xiàn)技術研究[D];南京航空航天大學;2007年

10 羅天成;飛控系統(tǒng)虛擬仿真平臺的研究與設計[D];電子科技大學;2012年

，

本文編號：1087233