【摘要】：四旋翼無人機由于其獨特的飛行性能,在軍事和民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,目前已經(jīng)成為國際上的研究熱點。本文以四旋翼無人機為研究對象,研究了適用于它的導航和控制算法,并設(shè)計了基于SOPC的飛行控制系統(tǒng)。分析了四旋翼飛行器空氣動力學特性和控制原理,并介紹了飛行控制系統(tǒng)的基本功能、基本原理和基本組成,從功能需求和性能要求出發(fā),給出了飛行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、總體設(shè)計目標、硬件總體設(shè)計和軟件總體設(shè)計。設(shè)計了以Cyclone Ⅱ系列EP2C8Q208C8N型號的FPGA芯片為主控器及其外圍電路,主要從各模塊的原理、元器件選型以及電路連接等方面,對傳感器模塊、無線通信模塊、狀態(tài)指示模塊和伺服模塊做了詳細的設(shè)計,并完成PCB板制作和系統(tǒng)抗干擾設(shè)計。利用Quartus Ⅱ和SOPC Builder等軟件構(gòu)建基于FPGA芯片嵌入Nios Ⅱ軟核處理器的SOPC系統(tǒng),完成了Nios Ⅱ處理器與傳感器模塊、遙控接收機、無線通信模塊、電機驅(qū)動模塊等之間的接口程序,還設(shè)計了飛行管理模塊軟件,并詳細介紹了MAVLi nk數(shù)據(jù)通信協(xié)議。在研究捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于四元數(shù)擴展卡爾曼濾波器的無人機導航信息測量方案,將GPS、磁強計和氣壓高度計與捷聯(lián)慣導系統(tǒng)通過擴展卡爾曼濾波器進行數(shù)據(jù)融合,得到姿態(tài)、速度和位置等導航信息,并通過實驗驗證了導航算法的有效性。在研究常規(guī)PID控制原理的基礎(chǔ)上,提出了基于模糊控制原理的PID參數(shù)自整定控制器,將系統(tǒng)的偏差與偏差變化率作為模糊控制器的輸入,輸出PID控制器三個參數(shù)的變化量來實時調(diào)整PID參數(shù),實現(xiàn)PID控制的智能化和非線性化。并通過實驗驗證了該控制算法的有效性。最后,對本文所設(shè)計的飛行控制系統(tǒng)進行軟硬件調(diào)試與測試,并對傳感器的誤差進行校準,然后進行空中試飛,驗證飛行控制系統(tǒng)軟硬件與導航和控制算法的可靠性與可行性。
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249;V279
【圖文】：

無人機開源項目ＭｉｋｒｏＫｏｐｔｅｒ逡逑ｔｅｒ是業(yè)界微小型四旋翼飛行控制系統(tǒng)開發(fā)的先驅(qū)者，目前最Ｃｔｒｌ邋Ｖ２．５，內(nèi)置兩個ＭＥＭＳ陀螺儀、一個Ｈ軸加速度計、氣壓主要采用Ｐ阻作為姿態(tài)和導航的控制律。支持手動遙控飛行、航跡點飛行和自動返航等飛行模式。如圖１邋－４所示：逡逑圖１－４邋Ｆｌｉ班ｔ邋Ｃｔｒｌ邋Ｖ２．５飛行控制器逡逑

圖１－４邋Ｆｌｉ班ｔ邋Ｃｔｒｌ邋Ｖ２．５飛行控制器逡逑

疆創(chuàng)新公司最新開發(fā)的Ａ２飛行控制器逡逑公司針對多旋翼無人機而研發(fā)的工業(yè)級商用飛行控制器。也，通過主控器將ＩＭＵ、ＧＰＳ－ＣＯＭＰＡＳＳ邋ＰＲＯ、ＬＥＤ－ＢＴ－Ａ２系統(tǒng)，利用ＩＭＵ慣性導航，結(jié)合ＧＰＳ可進行定高定ＭＣＵ模塊、ＧＰＳ模塊、ＩＭＵ傳感器模塊、電源模塊Ｗ并采用侶制外殼封裝，極大減小各模塊相互間的電磁干大幅提升傳感精度與量程，并配Ｗ特殊減振設(shè)計與校準機動環(huán)境下穩(wěn)定輸出；內(nèi)置接收機直接支持主流遙控設(shè)，加之豐富的輸出接口，靈活的配置，賦予主控勝任復雜。如圖１－６所示：逡逑Ｉ邐＞逡逑＼邋０逡逑＇邋＇邋‘邐‘’，資’簡逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 于曉洲;周鳳岐;黃河;;基于SOPC技術(shù)的無人機飛控系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計[J];火力與指揮控制;2006年12期

2 陳欣,楊一棟,張民;一種無人機姿態(tài)智能PID控制研究[J];南京航空航天大學學報;2003年06期

3 郭世琮;;GPS:衛(wèi)星導航時代的新寵[J];科學世界;2001年09期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 金大鵬;四旋翼無人飛行器控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[D];東北大學;2010年

本文編號：2775112