【摘要】：四旋翼飛行器是一種多旋翼飛行器,它具有體積小,成本低,起降過程占用空間少,在障礙物分布密集、復(fù)雜的空間仍能保持較優(yōu)秀的飛行性能等優(yōu)點(diǎn),在民用、軍事、科研等領(lǐng)域都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著人們對四旋翼飛行器的關(guān)注,四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型的建立,軟硬件平臺的搭建,姿態(tài)測量方法和控制方法的研究也越來越受到人們的重視。首先,本文基于牛頓第二定律和剛體轉(zhuǎn)動定律建立了四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型。四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型包括運(yùn)動學(xué)模型和動力學(xué)模型,分為角度姿態(tài)和線性位置兩個方面。飛行器線性位置的概念很容易理解,本文重點(diǎn)介紹了飛行器角度姿態(tài)的描述方法,包括四元數(shù)法,歐拉角法等,然后對四旋翼飛行器在飛行過程中所受到的力/力矩進(jìn)行了分析,并結(jié)合飛行器飛行原理的分析,選取了適當(dāng)?shù)奈锢砹孔鳛榭刂戚斎肓?基于牛頓第二定律和剛體轉(zhuǎn)動定律建立起了四旋翼飛行器在姿態(tài)和位置兩方面的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型。其次,本文選用高性能的STM32處理器及MEMS傳感器搭建了四旋翼飛行器的飛行平臺。本文中設(shè)計的四旋翼飛行器飛行平臺包括機(jī)架、電機(jī)、旋翼、飛控板、地面站等部件分。其中,飛控板作為飛行平臺的核心,是本文重點(diǎn)設(shè)計的部分,包括處理器的選型,最小系統(tǒng)的電路設(shè)計,MEMS傳感器的選型及數(shù)據(jù)讀取以及所需要的其他外設(shè)的選擇及電路設(shè)計。然后,本文在對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,前置低通濾波處理之后,使用了姿態(tài)插值、梯度下降、互補(bǔ)濾波三種方法對飛行器的姿態(tài)信息進(jìn)行了測量。本文介紹了加速度計、陀螺儀、電子羅盤測量姿態(tài)信息的工作原理,以及它們在測量姿態(tài)方面各自存在的缺點(diǎn)不足。綜合考慮各個傳感器的特點(diǎn)使用了姿態(tài)插值、梯度下降、互補(bǔ)濾波三種方法對傳感器提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到了比較精確的飛行器姿態(tài)信息。最后,本文設(shè)計了基于狀態(tài)觀測器的自適應(yīng)滑模控制算法來控制四旋翼飛行器的姿態(tài),使姿態(tài)控制系統(tǒng)有更好的響應(yīng)速度、控制精度和魯棒性。本文將飛行器的控制分為了內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制兩個部分,其中內(nèi)環(huán)控制為姿態(tài)控制,外環(huán)控制為位置控制,我們重點(diǎn)為飛行器姿態(tài)控制方面設(shè)計了滑�？刂频姆椒�,并通過仿真與傳統(tǒng)的PID控制方法進(jìn)行了對比,證明了滑膜控制方法在改善系統(tǒng)響應(yīng)速度、控制精度和魯棒性的優(yōu)越性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249

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1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護(hù)[J];航空維修與工程;2004年04期

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本文編號：2569088