【摘要】：隨著科技進(jìn)步,傳感器微型化發(fā)展,微控制器成本越來(lái)越低,而性能越來(lái)越強(qiáng)大,現(xiàn)代控制理論技術(shù)的成熟,促進(jìn)了四旋翼飛行器的發(fā)展。又因?yàn)樗男盹w行器機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作成本低,在空中機(jī)動(dòng)靈活亦可穩(wěn)定懸停等特點(diǎn),因此吸引許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)其控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文對(duì)四旋翼的研究主要分為兩方面工作:理論研究和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證。(1)控制策略研究。四旋翼飛行器的功能基礎(chǔ)為姿態(tài)控制技術(shù),現(xiàn)在絕大多數(shù)開(kāi)源飛控控制器為PID算法,為尋求更優(yōu)的控制效果本文引入自抗擾控制器(ADRC),進(jìn)行理論仿真研究;首先,對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)進(jìn)行理論分析,對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器中的非線性fal函數(shù)進(jìn)行改進(jìn),得到改進(jìn)型faln函數(shù),并對(duì)改進(jìn)后的狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行收斂性判斷;然后,將傳統(tǒng)的fal函數(shù)與改進(jìn)型faln函數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比,以驗(yàn)證改進(jìn)型faln函數(shù)能夠更好地達(dá)到“大誤差,小增益”的效果;最后,將改進(jìn)的faln函數(shù)應(yīng)用于四旋翼飛行器姿態(tài)控制,仿真結(jié)果表明,改進(jìn)后的faln函數(shù)具有比傳統(tǒng)fal函數(shù)更優(yōu)的抗擾效果。(2)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證。本文搭建了雙核控制的四旋翼物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)平臺(tái)嵌入了小型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS,方便以后功能的擴(kuò)展和移植,并在修改控制算法時(shí)減小工作量;姿態(tài)解算部分和控制器部分分別位于兩個(gè)處理器,減小單個(gè)處理器的處理壓力。在四旋翼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上分別實(shí)現(xiàn)了串級(jí)PID控制算法和PID和自抗擾串級(jí)控制算法,從內(nèi)環(huán)控制試驗(yàn)中采集角速度控制數(shù)據(jù),從雙環(huán)串級(jí)控制試驗(yàn)中采集角度控制數(shù)據(jù),對(duì)控制效果進(jìn)行了對(duì)比,內(nèi)環(huán)采用自抗擾控制算法的控制策略跟蹤效果和跟蹤速度優(yōu)于串級(jí)PID控制算法。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1
【圖文】：

實(shí)物圖如圖 2-3 所示STM32F103磁羅盤(pán)LSM303陀螺儀ITG3200STM32F407底板電路圖 b) 主控板電圖 2-3 四旋翼硬件電路板物圖如圖 2-4 所示

數(shù)據(jù)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。1 調(diào)試工具1.1 參數(shù)調(diào)試軟件本文地面站采用的是山外多功能調(diào)試助手 V1.1.9 如圖所示，該地面站可以種功能，可以將采集到的數(shù)據(jù)直接畫(huà)出曲線便于觀察及參數(shù)調(diào)試，且該地面站信協(xié)議簡(jiǎn)單易用。在本實(shí)驗(yàn)中用到的主要功能包括串口助手和虛擬示波器。(1) 串口助手，可以通過(guò)串口向四旋翼飛行器設(shè)定控制器參數(shù)，同時(shí)顯示四旋制器的當(dāng)前參數(shù)。(2) 虛擬示波器，通過(guò)串口采集的四旋翼各項(xiàng)數(shù)據(jù)包括三姿態(tài)角、傳感器數(shù)據(jù)控制器中間計(jì)算數(shù)據(jù)等，將數(shù)據(jù)以波形的方式顯示出來(lái)，便于實(shí)驗(yàn)中觀察數(shù)據(jù)參數(shù)，同時(shí)生成 EXECL 保存數(shù)據(jù)。此示波器最多可以顯示 8 種不同數(shù)據(jù)波形 4-1 所示。

圖 4-2 藍(lán)牙模塊地面站示波器通過(guò)簡(jiǎn)單的通信協(xié)議接收數(shù)據(jù)，其通信協(xié)議為：void wust_sendware(unsigned char *wareaddr, int16_t waresize){#define CMD_WARE 3uint8 cmdf[2] = {CMD_WARE, ~CMD_WARE};uint8 cmdr[2] = {~CMD_WARE, CMD_WARE};UartSend(cmdf,sizeof(cmdf));UartSend((unsigned char *)wareaddr, sizeof(wareaddr));UartSend(cmdr,sizeof(cmdr));}協(xié)議中 UartSend(cmdf,sizeof(cmdf))為起始，UartSend(cmdr,sizeof(cmdr))為結(jié)eaddr 為數(shù)組名代表被發(fā)送數(shù)據(jù)。.3 姿態(tài)調(diào)試平臺(tái)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2781196