發(fā)布時(shí)間：2020-05-18 22:10

【摘要】：近幾年四旋翼無(wú)人機(jī)在消費(fèi)領(lǐng)域尤其是在航拍領(lǐng)域獲得巨大的成功,從而使得四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)入大眾的視野,此外四旋翼無(wú)人機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域也逐漸有著越來(lái)越多的應(yīng)用。四旋翼無(wú)人機(jī)在空中飛行時(shí)有六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),分別為:垂直運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)、左右運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、橫滾運(yùn)動(dòng)、偏航運(yùn)動(dòng),但是控制四翼無(wú)人機(jī)的輸入量只有四個(gè),即通過控制四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變其姿態(tài),所以它是欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的升力與螺旋槳轉(zhuǎn)速不成線性關(guān)系,因此它還是一個(gè)非線性系統(tǒng),同時(shí)包含多種傳感器數(shù)據(jù)的處理、姿態(tài)的解算,以及控制算法的優(yōu)化等技術(shù)難點(diǎn)。此外四旋翼無(wú)人機(jī)在飛行過程中機(jī)體受到風(fēng)的擾動(dòng),從而導(dǎo)致四旋翼無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性的控制變得比較復(fù)雜。本論文采用STM32F407VET6芯片作為四旋翼無(wú)人機(jī)的主控制器,采用六軸運(yùn)動(dòng)傳感器MPU6050,搭配三軸磁力計(jì)傳感器AK8975構(gòu)成九軸運(yùn)動(dòng)模塊,通過陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)傳感器更為全面的采集四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。由于陀螺儀長(zhǎng)時(shí)間的積分容易產(chǎn)生累積誤差,因此通過互補(bǔ)濾波結(jié)合加速度計(jì)和磁力計(jì)來(lái)修正陀螺儀的角速度誤差,并采用四元數(shù)法進(jìn)行四旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)解算。在角度單環(huán)PID控制的基礎(chǔ)上采用雙環(huán)PID控制進(jìn)一步控制無(wú)人機(jī)的角速度,使得四旋翼無(wú)人機(jī)的的穩(wěn)定性有所提高。
【圖文】：

狀 器的研究最早可以追溯到 20 世紀(jì)初，1907導(dǎo)下，Breguet 兄弟制作出了第一架旋翼式plane No.1 旋翼機(jī) 1 號(hào)，，Breguet 兄弟制作出架在水平面以對(duì)稱的十字交叉方式所組成了四對(duì) 8.1 米長(zhǎng)的正反旋轉(zhuǎn)螺旋槳，四對(duì)螺采用的是共軸反旋式結(jié)構(gòu)，因此可以相互抵發(fā)動(dòng)機(jī)油門，而旋翼需要地面人員輔助控制飛行試驗(yàn)，而最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻并不理想，想為后來(lái)飛行器的設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)思了基本雛形。

次進(jìn)入人們的視野。國(guó)外高校、研究機(jī)構(gòu)和公司對(duì)是旋翼無(wú)人機(jī)的研究主要系現(xiàn)在控制、定位以及應(yīng)用拓展。 2003 年夏季，Stanford Universit（y斯坦福大學(xué)）科研人員開始著手 STARMA（Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi-Agent Control）項(xiàng)目，STARMAC 是用來(lái)證明多智能體控制方案的一種平臺(tái)，具有體積小、重量輕、并且強(qiáng)調(diào)降低成本。起初對(duì) Draganflyer III 進(jìn)行改裝作為研究控制測(cè)試平臺(tái)的自主飛行器，可實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)或室外安全自主飛行（如圖所示）。在 2008 年，StanfoUniversity針對(duì) STARMAC 項(xiàng)目重新開發(fā)出一款四旋翼無(wú)人飛行器具有更強(qiáng)的推動(dòng)力和更快的計(jì)算能力，而且可以通過使用 WiFi 或藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)與地面站的通訊，定位準(zhǔn)確，甚至在強(qiáng)大的沖擊作用下也能恢復(fù)平衡。Nixie 是由 Stanford Universi研究員最新設(shè)計(jì)的一款可以穿戴微型四旋翼無(wú)人飛行器，也是世界上首款可穿戴無(wú)人機(jī)。Nixie 經(jīng)折疊后可以戴在手腕上，展開后就變成了一架真正的四旋翼無(wú)人飛行器，可以實(shí)現(xiàn)飛行、航拍或視頻。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖衛(wèi)中;宗群;馬亞麗;;小型四旋翼無(wú)人機(jī)建模與有限時(shí)間控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

2 魏青銅;陳謀;吳慶憲;;輸入飽和與姿態(tài)受限的四旋翼無(wú)人機(jī)反步姿態(tài)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

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本文編號(hào)：2670382