近幾年,隨著微機械和微電子技術的發(fā)展,使得越來越多的學者或企業(yè)開始接觸多旋翼無人機領域的研究。多旋翼無人機相比較傳統(tǒng)的固定翼無人機而言,具有可垂直升降、懸停飛行、機身質(zhì)量輕、體積小、造價低廉等優(yōu)勢而應用于軍事和民用等相關領域。多旋翼無人機作業(yè)在一般出現(xiàn)在場景多變、地形復雜等條件不定的戶外環(huán)境中,能否長時間懸停穩(wěn)定飛行是多旋翼無人機非常重要參數(shù)指標。本文以八旋翼為研究對象,針對八旋翼懸停飛行問題進行了如下研究。首先從多旋翼結(jié)構(gòu)和原理分析出發(fā),針對八旋翼非線性、強耦合、欠驅(qū)動、多輸入多輸出的特性,對其動力學建模分析和公式推導建立理論上的數(shù)學模型,解耦出八旋翼多輸入與多輸出之間的數(shù)學表達式。并對八旋翼飛控系統(tǒng)涉及的濾波算法和姿態(tài)解算算法做了相關分析。傳感器數(shù)據(jù)采集以及遙控數(shù)據(jù)接收過程中的數(shù)據(jù)涉及相關數(shù)字濾波處理。本文分析了卡爾曼濾波算法在姿態(tài)數(shù)據(jù)濾波中的優(yōu)勢并做出詳細推導和仿真測試。通過分析推導四元數(shù)法在地理坐標系和機體坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣得出四元數(shù)表示姿態(tài)角的矩陣關系表達式。然后設計八旋翼飛控系統(tǒng)硬件方案,包括中央控制單元、導航系統(tǒng)單元、電源管理單元、電機驅(qū)動單元、指令接收單元以及數(shù)據(jù)交互單元,并詳細分析各單元模塊硬件電路設計。通過PCB設計、打樣、焊接以及調(diào)試四個階段完成飛控系統(tǒng)硬件設計。控制算法是飛行控制和懸停研究的關鍵,通過對傳統(tǒng)PID控制算法、雙閉環(huán)串級PID控制算法以及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡算法展開分析研究,并結(jié)合八旋翼數(shù)學模型,使用MATLAB工具對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制算法仿真分析,控制效果非常理想,但由于硬件限制原因最終選用雙閉環(huán)串級PID控制算法為飛控系統(tǒng)核心控制算法。接著設計上位機整體方案結(jié)構(gòu),按模塊化編程思想將上位機軟件劃分為若干功能模塊,詳細分析數(shù)據(jù)通信協(xié)議并解析協(xié)議幀數(shù)據(jù)內(nèi)容。使用C#編程語言完成各功能模塊編碼與調(diào)試工作。最后對八旋翼軟硬件系統(tǒng)進行平臺調(diào)試與戶外飛行實驗測試。結(jié)合上位機軟件和調(diào)試平臺完成八旋翼地面調(diào)試工作;戶外實驗測試主要測試其戶外低空懸停、高空懸停、一鍵起飛降落懸停性能。實驗測試表明本設計達到預期要求,完成了八旋翼懸停技術研究。
【學位單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V275.1
【部分圖文】：

其類型主要分為兩大類：固定翼無人機和旋翼無人機離巡航，飛行速度快等特點用于軍事偵查巡邏等領域活，需要固定的彈射裝置，只能在特定的條件和環(huán)境使用領域[5-8]。旋翼無人機具有可垂直升降起飛、小范事和民用上都有其身影出現(xiàn)[9]。軍事上表現(xiàn)在信息偵域，在人員不能夠及時或者不適合人員出現(xiàn)的場景中[無人機在云南魯?shù)榈卣鹬卸嘈頍o人機。近些年來，的群體出現(xiàn)，在民用上也帶動了旋翼無人機的發(fā)展，民用無人機愛好者帶來了眾多型號無人機產(chǎn)品，其主 1-2 所示為大疆精靈 3 無人機航拍過程。除了業(yè)余愛好無人機運輸快遞物件。順風物流快遞公司就公開試驗事件，如圖 1-3 所示。雖然無人機在這些方面應用不是流公司都在投入大量時間和精力在研究無人機，說明景的朝陽行業(yè)[13-16]。

圖 1-2 大疆四旋翼無人機 圖 1-3 無人機送快遞隨著無人機領域的逐漸興起，無人機相關性能的要求也是客戶關注的重點。包括無人機續(xù)航能力、飛行穩(wěn)定性、操控性能等各種要求。由于多旋翼無人機各方面性能要求繁多，不能全面進行研究，因此本課題主要針對八旋翼無人機飛行穩(wěn)定性（懸停飛行控制）展開一系列研究。1.2 多旋翼的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在 20 世紀初期，就有相關學者開始對多旋翼無人機有相關研究，法國的一些科學家和 Charles Richet 院士研究一種小型無人直升機，雖然最終該試驗以失敗告終，但是卻讓 Charles Richet 院士的學生 Louis Bréguet 產(chǎn)生了設計四旋翼無人機的想法。1907 年，Bréguet 和他的兄弟設計了世界上第一個四旋翼飛行器，該四旋翼飛行器能夠載人飛行，體積非常大，旋翼直徑達 8.1 米，載人飛行時的質(zhì)量達578 千克。該飛行器在法國首飛時飛行高度只能達 1.5 米，而且只能通過控制油門

圖 1-2 大疆四旋翼無人機 圖 1-3 無人機送快遞隨著無人機領域的逐漸興起，無人機相關性能的要求也是客戶關注的重點。包括無人機續(xù)航能力、飛行穩(wěn)定性、操控性能等各種要求。由于多旋翼無人機各方面性能要求繁多，不能全面進行研究，因此本課題主要針對八旋翼無人機飛行穩(wěn)定性（懸停飛行控制）展開一系列研究。1.2 多旋翼的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在 20 世紀初期，就有相關學者開始對多旋翼無人機有相關研究，法國的一些科學家和 Charles Richet 院士研究一種小型無人直升機，雖然最終該試驗以失敗告終，但是卻讓 Charles Richet 院士的學生 Louis Bréguet 產(chǎn)生了設計四旋翼無人機的想法。1907 年，Bréguet 和他的兄弟設計了世界上第一個四旋翼飛行器，該四旋翼飛行器能夠載人飛行，體積非常大，旋翼直徑達 8.1 米，載人飛行時的質(zhì)量達578 千克。該飛行器在法國首飛時飛行高度只能達 1.5 米，而且只能通過控制油門
【參考文獻】

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