【摘要】：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積微小的四軸飛行器在現(xiàn)代軍事、民用領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。作為一種小型的無(wú)人飛行器,四軸飛行器是由多項(xiàng)前沿技術(shù)成果共同催生的一款技術(shù)含量較高的飛行工具。本文主要對(duì)四軸飛行器的姿態(tài)解算算法以及自動(dòng)循跡功能這兩方面進(jìn)行了相關(guān)研究。在姿態(tài)解算算法上研究了傳統(tǒng)的互補(bǔ)濾波算法,并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)型算法。傳統(tǒng)的互補(bǔ)濾波算法實(shí)現(xiàn)了多傳感器的數(shù)據(jù)融合,補(bǔ)償了陀螺儀的積分誤差,且有運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn)。但是也具有數(shù)據(jù)波動(dòng)大等缺陷。針對(duì)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大的問(wèn)題引入微分環(huán)節(jié),提出了四元數(shù)PID改進(jìn)型互補(bǔ)濾波算法,以PID控制器的反饋來(lái)抑制數(shù)據(jù)波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明該算法繼承了互補(bǔ)濾波算法運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)降低了因數(shù)據(jù)波動(dòng)產(chǎn)生的誤差,能在更短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定,有效的跟蹤四軸的飛行姿態(tài)。四軸飛行器的自動(dòng)循跡功能的研究是對(duì)智能四軸飛行器研究的一種嘗試,本文以Android系統(tǒng)與OpenCV庫(kù)為圖像處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡功能的圖像處理環(huán)節(jié)。主要研究了通過(guò)圖像二值化以及膨脹腐蝕運(yùn)算對(duì)圖像進(jìn)行前期處理,運(yùn)用Canny算法提取出質(zhì)量高、干擾少的邊緣圖像。采用霍夫直線檢測(cè)算法提取道路邊線,通過(guò)保留四條邊線的方法,研究并實(shí)現(xiàn)了不同邊線情況下的中間線擬合算法。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析了各個(gè)算法的參數(shù)對(duì)最終中間線擬合結(jié)果的影響,確定了合適的參數(shù),獲得了較為理想的處理效果。
【圖文】：

第二章四軸的飛行原理與硬件設(shè)計(jì)逡逑圖２．１上升飛行逡逑假設(shè)四軸沿ｘ軸飛行為前后飛行，飛行的原理圖如圖２．２所示。要改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就逡逑要施加相應(yīng)的力，四軸前后的平移運(yùn)動(dòng)，需要有水平方向的力作為動(dòng)力。降低電機(jī)１的逡逑旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)提高電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度，由于１、３電機(jī)提供的力不平衡使得四軸向前逡逑傾斜，從而獲得了水平向前的力的使得飛行器具有了前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力；提高電機(jī)１的旋轉(zhuǎn)逡逑速度，同時(shí)降低電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度則使四軸向后水平運(yùn)動(dòng)。需要注意的是，１、３號(hào)電機(jī)逡逑旋轉(zhuǎn)速度的改變量需要相等，在這個(gè)過(guò)程中２、４號(hào)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度維持不變，這樣才逡逑能避免四軸因?yàn)榕ぞ氐牟煌l(fā)生自旋。逡逑圖２．２前后飛行逡逑假設(shè)沿ｙ軸方向的飛行為左右方向的平移飛行，與前后飛行的原理相同，需要四軸逡逑獲得左右水平方向的力。提高４號(hào)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，降低２號(hào)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，維持１、逡逑７逡逑

第二章四軸的飛行原理與硬件設(shè)計(jì)逡逑圖２．１上升飛行逡逑假設(shè)四軸沿ｘ軸飛行為前后飛行，飛行的原理圖如圖２．２所示。要改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就逡逑要施加相應(yīng)的力，四軸前后的平移運(yùn)動(dòng)，需要有水平方向的力作為動(dòng)力。降低電機(jī)１的逡逑旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)提高電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度，，由于１、３電機(jī)提供的力不平衡使得四軸向前逡逑傾斜，從而獲得了水平向前的力的使得飛行器具有了前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力；提高電機(jī)１的旋轉(zhuǎn)逡逑速度，同時(shí)降低電機(jī)３的旋轉(zhuǎn)速度則使四軸向后水平運(yùn)動(dòng)。需要注意的是，１、３號(hào)電機(jī)逡逑旋轉(zhuǎn)速度的改變量需要相等，在這個(gè)過(guò)程中２、４號(hào)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度維持不變，這樣才逡逑能避免四軸因?yàn)榕ぞ氐牟煌l(fā)生自旋。逡逑圖２．２前后飛行逡逑假設(shè)沿ｙ軸方向的飛行為左右方向的平移飛行，與前后飛行的原理相同，需要四軸逡逑獲得左右水平方向的力。提高４號(hào)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279

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本文編號(hào)：2702015