本文選題：無人機(jī)　切入點(diǎn)：四元數(shù)　出處：《西安建筑科技大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：小型無人機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活、性價(jià)比高的特點(diǎn)正在得到日益廣泛的應(yīng)用。飛行測(cè)控系統(tǒng)作為無人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分,就其開發(fā)過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,對(duì)小型無人機(jī)的工程應(yīng)用有重要意義。本文以工程實(shí)際中的小型四旋翼無人機(jī)為應(yīng)用平臺(tái),在總結(jié)國(guó)內(nèi)外小型無人機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,開展了小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。首先,根據(jù)無人機(jī)的應(yīng)用需求,提出飛行測(cè)控系統(tǒng)的總體方案。系統(tǒng)總體分為兩個(gè)部分:機(jī)載控制器和地面測(cè)控系統(tǒng),其中機(jī)載控制器完成無人機(jī)姿態(tài)檢測(cè)和飛行控制功能;地面測(cè)控系統(tǒng)通過無線通信線路實(shí)現(xiàn)機(jī)上信息和地面指令的數(shù)據(jù)交互。隨后對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所采用的四旋翼無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和飛行原理進(jìn)行了分析。其次,按照飛行測(cè)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),對(duì)機(jī)載控制器的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)�？刂破饕許TM32F407微處理器為主控制模塊,同時(shí)集成MEMS傳感器模塊、無線通信模塊、GPS定位模塊以及電機(jī)輸出控制模塊,設(shè)計(jì)了相關(guān)外圍電路,完成硬件設(shè)計(jì)。再次,詳細(xì)介紹了飛行測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。針對(duì)四旋翼無人機(jī)的飛行特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了一套基于四元數(shù)和多傳感器融合的姿態(tài)解算系統(tǒng),對(duì)無人機(jī)姿態(tài)角進(jìn)行解算,并使用雙閉環(huán)PID控制器進(jìn)行飛行姿態(tài)控制,實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定飛行。隨后根據(jù)系統(tǒng)功能要求完成機(jī)載控制器與地面站系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。最后,對(duì)設(shè)計(jì)的無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行地面和飛行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)各模塊與算法設(shè)計(jì)的有效性。
[Abstract]:Because of its simple structure, flexible control and high performance-to-price ratio, small UAV is widely used. Flight measurement and control system is an important part of UAV system. The research on the key technologies involved in the development process is of great significance to the engineering application of the small UAV. In this paper, the application platform of the small four-rotor UAV in engineering practice is taken as the application platform. On the basis of summarizing the research status of small UAV at home and abroad, the design and research of UAV flight control system are carried out. Firstly, according to the application requirements of UAV, The system is divided into two parts: the airborne controller and the ground control system, in which the airborne controller completes the UAV attitude detection and flight control functions; The ground measurement and control system realizes the data exchange between the aircraft information and the ground instructions through wireless communication lines. Then, the structure and flight principle of the four-rotor UAV used in the experimental platform are analyzed. According to the overall structure of flight measurement and control system, the hardware system of airborne controller is modularized. The controller is composed of STM32F407 microprocessor and MEMS sensor module. Wireless communication module, GPS positioning module and motor output control module, designed related peripheral circuits, completed hardware design. Thirdly, the software design of flight measurement and control system is introduced in detail. In this paper, an attitude resolution system based on quaternion and multi-sensor fusion is designed. The attitude angle of UAV is calculated, and the dual closed loop PID controller is used to control the attitude of UAV. Then the software design of airborne controller and ground station system is completed according to the functional requirements of the system. Finally, the ground and flight experiments are carried out on the designed UAV TT & C system. Experimental results verify the effectiveness of the system modules and algorithm design.
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279;V249

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本文編號(hào)：1672086