本文關鍵詞：微型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)設計與驗證

  更多相關文章： 四旋翼飛行器 線性模型 PID控制方法 飛行控制系統(tǒng) 捷聯(lián)導航 四元數(shù) 飛行試驗

【摘要】：微型四旋翼飛行器因其結(jié)構簡單、低成本且可實現(xiàn)垂直起降等優(yōu)點,在軍事以及民用領域具有廣闊的應用前景,因此成為研究的熱點。但是四旋翼飛行器本身欠驅(qū)動、多變量、非線性等特性導致實現(xiàn)對該飛行器的控制難度較大,所以關于四旋翼飛行器的建模與飛行控制系統(tǒng)的設計成為了研究的難點。本文從工程應用出發(fā),在總結(jié)國內(nèi)外針對該類飛行器飛行控制系統(tǒng)研究的基礎上,展開以下研究工作:首先,針對微型四旋翼飛行器進行了理論建模研究。根據(jù)經(jīng)典力學定理,建立了四旋翼飛行器的全量動力學模型,使用小擾動方法處理得到某定常狀態(tài)下的線性化數(shù)學模型,通過對線性模型中的穩(wěn)定性矩陣和操縱性矩陣的分析,為下一步飛行控制律的設計提供參考。其次,總結(jié)并提出了飛行控制系統(tǒng)總體設計要求,按照設計要求完成了飛行控制系統(tǒng)總體方案設計,針對機載飛行控制系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)中部分模塊進行詳細設計,軟件系統(tǒng)部分則使用PID控制方法設計飛行控制律,以及采用模擬I2C通信采集部分傳感器數(shù)據(jù)。然后,對四旋翼飛行器捷聯(lián)導航系統(tǒng)進行了研究。采用基于四元數(shù)的姿態(tài)矩陣更新算法解算姿態(tài)角,針對該方法所存在的不足,采用基于互補濾波器的姿態(tài)融合算法。另外,對于在硬件設計中所使用的微機電傳感器提出了各自的誤差校正方法。最后,將所設計并實現(xiàn)的系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試,驗證捷聯(lián)導航系統(tǒng)設計的有效性。為驗證所設計的飛行控制律的有效性,采用自制微型四旋翼飛行器進行飛行試驗。飛行試驗結(jié)果表明,所設計的各個系統(tǒng)可以實現(xiàn)對四旋翼飛行器的穩(wěn)定控制。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1

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