【摘要】：撲翼飛行器是一種仿生類飛行機器人,具有體積大、質量輕、功耗低、飛行效率高、抗干擾性強等特點,同時還具有良好的靈活性和飛行機動性,在軍事領域、民用領域和其他科技領域都具有廣闊的發(fā)展前景。因此,對撲翼飛行器的飛行設計及相關理論開展研究具有重要意義。本文在已經完成制作好的撲翼飛行器的基礎上,開展相應的導航控制實驗研究,設計一套半自主循跡飛行控制算法并研制嵌入式飛行控制器,并進行了相應的仿真和實驗,主要內容如下:(1)深入分析撲翼飛行器的結構特點并對比鳥類飛行原理,基于創(chuàng)建的撲翼飛行器的坐標系系統(tǒng),建立撲翼飛行器動力學模型并分析推導其運動學方程;進行仿真分析,得出飛行參數(shù)規(guī)律;進行整機動力學分析,分析翅翼和尾翼產生的力矩對飛行控制的影響。(2)基于PID控制原理對撲翼飛行器半自主導航控制算法進行設計,分為直飛定高控制律、協(xié)調拐彎控制律、航向控制律和半自主循跡飛行控制律,并進行Matlab-Simulink仿真實驗,最后對控制算法的合理性和準確性進行驗證。(3)為了實現(xiàn)撲翼飛行器的半自主循跡飛行,搭建撲翼飛行器的STM32嵌入式控制器硬件平臺,基于功能分析設計總體框架,制定通訊方式,選取硬件平臺的微控制器和傳感器,微控制器選取為STM32F103RCT6,外設傳感器包括十軸傳感器和GPS加北斗雙模定位模塊,其中十軸傳感器高度集成了加速度計、陀螺儀、磁力計和氣壓計,可采集到三軸歐拉角包括俯仰角、偏航角、滾轉角和高度,GPS定位模塊可采集經緯度等位置信息,驅動模塊包括電機驅動器、無刷電機和舵機,供電模塊包括單片機和電機供電電池。(4)進行了嵌入式的軟件設計,設計了程序流程圖,進行硬件和外設初始化,傳感器采集數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理,進行PID控制解算和更新PWM占空比控制量。最后進行了樣機集成和控制器安裝方式以及傳感器坐標位置的設計,對傳感器采集數(shù)據(jù)進行測試實驗,進行室外試飛試驗,從直飛、拐彎到最后的循跡飛行都給予了改進和優(yōu)化,最終實現(xiàn)半自主定點循跡導航飛行。圖64幅,表7個,參考文獻64篇。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V276;V249.32
【圖文】：

固定翼飛機的技術日趨成熟，撲翼飛行器也迅速發(fā)展起來鳥類的高靈活性、高機動性、隱蔽性好的飛行器的飛行機理和空氣動雜，其發(fā)展還處于初級階段，但是撲翼飛行器被公認是最有效、最靈式，更重要的是，可以在科技領域上起著強有力的支撐作用，因此研器是我們?yōu)閲铱萍际聵I(yè)做出的應有的責任。逡逑研究目的及意義逡逑翼飛行器是根據(jù)仿鳥學原理設計的飛行器，其設計研宄過程跨學科、有重要的研究意義和應用價值。研究這些問題不僅可以解決撲翼飛行的問題，還能推進撲翼飛行器結構、空氣動力學等相關領域的技術研生學、電子控制、自主導航和無線通信技術等，而且在未來，撲翼飛偵察機進而變成家家都可以擁有的一架飛行器，這樣對社會的經濟效升，所以研宄新技術為開發(fā)出有更多功能，更高效率，更親民實用的［４］。逡逑

成了控制器，通過無線通信模塊與地面上位機進行通信，實現(xiàn)對撲翼飛行器的實逡逑時控制ｔ１１］。逡逑洛桑聯(lián)邦理工學院研制了一套撲翼飛行器嵌入式飛控系統(tǒng)［１＇如圖１－３所示，逡逑包含６４邋ＫＢ微處理器、陀螺儀、攝像頭、無線通信等外設傳感器，陀螺儀可控制逡逑方向，控制的偏航角旋轉速度最大為１００邋°邋／ｓ，由于沒有測量距離的傳感器，只能逡逑在室內試飛實驗中表現(xiàn)良好［１３］。逡逑ｚ乃逡逑（ｈｌ＼邋／邋／逡逑Ａｙ邋＇邐⑷逡逑圖１－３洛桑聯(lián)邦理工學院的撲翼飛行器逡逑Ｆｉｇｌ－３邋Ｍｉｃｒｏ邋ａｉｒ邋ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｏｆ邋ＥＰＦＬ逡逑ＭＬＢ公司研制了一套導航控制系統(tǒng)，包括微處理器、慣性傳感器、壓力傳感逡逑器和ＧＰＳ接收機，可實現(xiàn)定高和航向控制但目前并不能用于撲翼飛行器上。逡逑４逡逑

圖１－２加州大學伯克利分校的Ｈ２ｂｉｒｄ逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ｈ２ｂｉｒｄ邋ｏｆ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ邋ｏｆ邋Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｂｅｒｋｅｌｅｙ逡逑ｒｕｎｓｗｉｃｋ理工大學對其撲翼飛行器設計了一套慣性導航系統(tǒng)（Ｉ加速度傳感器組成，并計劃集成ＧＰＳ，設計了飛行控制導航，通過無線通信模塊與地面上位機進行通信，實現(xiàn)對撲翼飛邦理工學院研制了一套撲翼飛行器嵌入式飛控系統(tǒng)［１＇如圖１Ｂ微處理器、陀螺儀、攝像頭、無線通信等外設傳感器，陀螺的偏航角旋轉速度最大為１００邋°邋／ｓ，由于沒有測量距離的傳感實驗中表現(xiàn)良好［１３］。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2789985