四軸飛行器是一種結(jié)構(gòu)緊湊,便于控制的新型飛行器。它穩(wěn)定性好,造價(jià)低,控制靈活,不易于發(fā)生故障,能夠垂直起降,對起飛和降落要求的環(huán)境低,目前已應(yīng)用于植保,軍事偵察,航拍攝影等領(lǐng)域,具有非常廣闊的發(fā)展前景,且四軸飛行器涉及眾多技術(shù),具有很大的研究意義。本文首先介紹了四軸飛行器的研究背景,國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和意義,再講解了四軸飛行器的結(jié)構(gòu)組成和基本原理,介紹了姿態(tài)角的定義和常見的幾種姿態(tài)解算算法,并對四軸飛行器所采用的PID算法進(jìn)行了介紹。然后再針對四軸飛行器的原理構(gòu)造設(shè)計(jì)了以STM32F407VG為主控芯片,外接MPU6050陀螺儀,MS5611氣壓計(jì),HMC5883地磁場計(jì)等傳感器的飛控板。主控程序運(yùn)行uc/os-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),傳感器任務(wù)不斷采集飛機(jī)的姿態(tài)角并進(jìn)行濾波處理,姿態(tài)解算任務(wù)獲取傳感器傳遞的姿態(tài)角使用四元數(shù)進(jìn)行姿態(tài)解算求出四軸飛行器的歐拉角,控制器任務(wù)通過遙控器傳遞的控制信息和歐拉角經(jīng)過雙閉環(huán)PID運(yùn)算得到各個(gè)姿態(tài)角的控制量,再將對應(yīng)的控制量輸出到各個(gè)電機(jī)控制四軸飛行器的飛行,最后再進(jìn)行了四軸飛行器樣機(jī)的制作和PID參數(shù)的調(diào)試,通過四軸飛行器的試飛實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本四軸飛行器硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的合理性。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V249.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究背景
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究背景
        1.1.3 四軸飛行器介紹
        1.1.4 發(fā)展前景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀
        1.2.1 四軸飛行器的發(fā)展歷史
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
    1.4 本章小結(jié)
第2章 四軸飛行器的工作原理
    2.1 四軸飛行器的結(jié)構(gòu)組成
    2.2 四軸飛行器的飛行原理
    2.3 四軸飛行器姿態(tài)的表示
    2.4 飛行器的姿態(tài)解算
    2.5 PID控制器的簡介
    2.6 本章小結(jié)
第3章 四軸飛行器硬件電路設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 飛控主要電子元器件的選型
        3.2.1 主控芯片的選型
        3.2.2 陀螺儀和加速度計(jì)的選型
        3.2.3 磁力計(jì)的選型
        3.2.4 氣壓計(jì)的選型
    3.3 四軸飛行器飛控硬件的設(shè)計(jì)
        3.3.1 四軸飛行器飛控的框架
        3.3.2 主控模塊
        3.3.3 電源管理模塊
        3.3.4 系統(tǒng)功能模塊電路
        3.3.5 監(jiān)控保護(hù)模塊電路
        3.3.6 MPU6050模塊
        3.3.7 HMC5883L模塊
        3.3.8 MS5611模塊
        3.3.9 外部接口模塊
        3.3.10 PWM輸入輸出模塊
    3.4 主控電路板的PCB設(shè)計(jì)
        3.4.1 飛控PCB板的元器件的布局
        3.4.2 飛控PCB板的布線
    3.5 本章小結(jié)
第4章 四軸飛行器控制軟件的設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 軟件系統(tǒng)總體規(guī)劃
        4.2.1 μC/OS-II系統(tǒng)
        4.2.2 軟件系統(tǒng)構(gòu)架
    4.3 上位機(jī)通信程序
    4.4 遙控器接收機(jī)信號處理程序
    4.5 傳感器數(shù)據(jù)讀取程序
        4.5.1 MPU6050數(shù)據(jù)讀取
        4.5.2 氣壓計(jì)數(shù)據(jù)讀取
        4.5.3 磁力計(jì)數(shù)據(jù)讀取
    4.6 存儲程序
    4.7 四元數(shù)姿態(tài)融合任務(wù)
    4.8 高度數(shù)據(jù)的融合
        4.8.1 基于互補(bǔ)濾波高度融合
    4.9 四軸飛行器控制電機(jī)輸出程序設(shè)計(jì)
        4.9.1 定高模式下油門的調(diào)節(jié)
        4.9.2 電機(jī)控制量的計(jì)算
    4.10 上位機(jī)調(diào)試軟件
    4.11 本章小結(jié)
第5章 樣機(jī)制作與調(diào)試
    5.1 引言
    5.2 材料選型
    5.3 四軸飛行器的PID參數(shù)調(diào)試
        5.3.1 PID控制中PID參數(shù)的作用
        5.3.2 PID參數(shù)的調(diào)試的模型建立
    5.4 四軸飛行器飛行實(shí)驗(yàn)與性能測試
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 本文總結(jié)
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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