近幾年,隨著微機(jī)械和微電子技術(shù)的發(fā)展,使得越來(lái)越多的學(xué)者或企業(yè)開(kāi)始接觸多旋翼無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的研究。多旋翼無(wú)人機(jī)相比較傳統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)而言,具有可垂直升降、懸停飛行、機(jī)身質(zhì)量輕、體積小、造價(jià)低廉等優(yōu)勢(shì)而應(yīng)用于軍事和民用等相關(guān)領(lǐng)域。多旋翼無(wú)人機(jī)作業(yè)在一般出現(xiàn)在場(chǎng)景多變、地形復(fù)雜等條件不定的戶外環(huán)境中,能否長(zhǎng)時(shí)間懸停穩(wěn)定飛行是多旋翼無(wú)人機(jī)非常重要參數(shù)指標(biāo)。本文以八旋翼為研究對(duì)象,針對(duì)八旋翼懸停飛行問(wèn)題進(jìn)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(duì)八旋翼非線性、強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動(dòng)、多輸入多輸出的特性,對(duì)其動(dòng)力學(xué)建模分析和公式推導(dǎo)建立理論上的數(shù)學(xué)模型,解耦出八旋翼多輸入與多輸出之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。并對(duì)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(guān)分析。傳感器數(shù)據(jù)采集以及遙控?cái)?shù)據(jù)接收過(guò)程中的數(shù)據(jù)涉及相關(guān)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(shì)并做出詳細(xì)推導(dǎo)和仿真測(cè)試。通過(guò)分析推導(dǎo)四元數(shù)法在地理坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)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(guān)系表達(dá)式。然后設(shè)計(jì)八旋翼飛控系統(tǒng)硬件方案,包括中央控制單元、導(dǎo)航系統(tǒng)單元、電源管理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、指令接收單元以及數(shù)據(jù)交互單元,并詳細(xì)分析各單元模塊硬件電路設(shè)計(jì)。通過(guò)PCB設(shè)計(jì)、打樣、焊接以及調(diào)試四個(gè)階段完成飛控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)�？刂扑惴ㄊ秋w行控制和懸停研究的關(guān)鍵,通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PID控制算法、雙閉環(huán)串級(jí)PID控制算法以及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法展開(kāi)分析研究,并結(jié)合八旋翼數(shù)學(xué)模型,使用MATLAB工具對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jí)PID控制算法為飛控系統(tǒng)核心控制算法。接著設(shè)計(jì)上位機(jī)整體方案結(jié)構(gòu),按模塊化編程思想將上位機(jī)軟件劃分為若干功能模塊,詳細(xì)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(yǔ)言完成各功能模塊編碼與調(diào)試工作。最后對(duì)八旋翼軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)調(diào)試與戶外飛行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)合上位機(jī)軟件和調(diào)試平臺(tái)完成八旋翼地面調(diào)試工作;戶外實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要測(cè)試其戶外低空懸停、高空懸停、一鍵起飛降落懸停性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明本設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期要求,完成了八旋翼懸停技術(shù)研究。
【學(xué)位單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(wú)人機(jī)和旋翼無(wú)人機(jī)離巡航，飛行速度快等特點(diǎn)用于軍事偵查巡邏等領(lǐng)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(lǐng)域[5-8]。旋翼無(wú)人機(jī)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(shí)或者不適合人員出現(xiàn)的場(chǎng)景中[無(wú)人機(jī)在云南魯?shù)榈卣鹬卸嘈頍o(wú)人機(jī)。近些年來(lái)，的群體出現(xiàn)，在民用上也帶動(dòng)了旋翼無(wú)人機(jī)的發(fā)展，民用無(wú)人機(jī)愛(ài)好者帶來(lái)了眾多型號(hào)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品，其主 1-2 所示為大疆精靈 3 無(wú)人機(jī)航拍過(guò)程。除了業(yè)余愛(ài)好無(wú)人機(jī)運(yùn)輸快遞物件。順風(fēng)物流快遞公司就公開(kāi)試驗(yàn)事件，如圖 1-3 所示。雖然無(wú)人機(jī)在這些方面應(yīng)用不是流公司都在投入大量時(shí)間和精力在研究無(wú)人機(jī)，說(shuō)明景的朝陽(yáng)行業(yè)[13-16]。

圖 1-2 大疆四旋翼無(wú)人機(jī) 圖 1-3 無(wú)人機(jī)送快遞隨著無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的逐漸興起，無(wú)人機(jī)相關(guān)性能的要求也是客戶關(guān)注的重點(diǎn)。包括無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)各方面性能要求繁多，不能全面進(jìn)行研究，因此本課題主要針對(duì)八旋翼無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性（懸停飛行控制）展開(kāi)一系列研究。1.2 多旋翼的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在 20 世紀(jì)初期，就有相關(guān)學(xué)者開(kāi)始對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)有相關(guān)研究，法國(guó)的一些科學(xué)家和 Charles Richet 院士研究一種小型無(wú)人直升機(jī)，雖然最終該試驗(yàn)以失敗告終，但是卻讓 Charles Richet 院士的學(xué)生 Louis Bréguet 產(chǎn)生了設(shè)計(jì)四旋翼無(wú)人機(jī)的想法。1907 年，Bréguet 和他的兄弟設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)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(dá) 8.1 米，載人飛行時(shí)的質(zhì)量達(dá)578 千克。該飛行器在法國(guó)首飛時(shí)飛行高度只能達(dá) 1.5 米，而且只能通過(guò)控制油門

圖 1-2 大疆四旋翼無(wú)人機(jī) 圖 1-3 無(wú)人機(jī)送快遞隨著無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的逐漸興起，無(wú)人機(jī)相關(guān)性能的要求也是客戶關(guān)注的重點(diǎn)。包括無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)各方面性能要求繁多，不能全面進(jìn)行研究，因此本課題主要針對(duì)八旋翼無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性（懸停飛行控制）展開(kāi)一系列研究。1.2 多旋翼的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在 20 世紀(jì)初期，就有相關(guān)學(xué)者開(kāi)始對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)有相關(guān)研究，法國(guó)的一些科學(xué)家和 Charles Richet 院士研究一種小型無(wú)人直升機(jī)，雖然最終該試驗(yàn)以失敗告終，但是卻讓 Charles Richet 院士的學(xué)生 Louis Bréguet 產(chǎn)生了設(shè)計(jì)四旋翼無(wú)人機(jī)的想法。1907 年，Bréguet 和他的兄弟設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)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(dá) 8.1 米，載人飛行時(shí)的質(zhì)量達(dá)578 千克。該飛行器在法國(guó)首飛時(shí)飛行高度只能達(dá) 1.5 米，而且只能通過(guò)控制油門
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2837334