本文關(guān)鍵詞：基于MEMS傳感器的微小型無人機(jī)測控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在軍事和民用領(lǐng)域，微小型無人機(jī)發(fā)揮的作用越來越顯著。飛行測控系統(tǒng)作為無人機(jī)系統(tǒng)的核心部件，對它的研究有重要現(xiàn)實(shí)意義。 本文以工程實(shí)際中的微小型航拍固定翼無人機(jī)為應(yīng)用平臺，在總結(jié)借鑒國內(nèi)外微小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計思路，利用MEMS傳感器，建立了低成本飛行控制系統(tǒng)，并對測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)做了研究。 首先，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求，按照飛行控制系統(tǒng)總體架構(gòu)，對硬件系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分和詳細(xì)設(shè)計。無人機(jī)測控系統(tǒng)STM32F4系列微控制器為主控芯片，集成了傳感器模塊、GPS模塊、舵機(jī)信號輸入與輸出驅(qū)動模塊、電源管理模塊以及擴(kuò)展接口部分，保證了硬件系統(tǒng)良好擴(kuò)展性。 其次，對采用MEMS傳感器的姿態(tài)解算算法進(jìn)行了研究。針對航拍型小型無人機(jī)的飛行特點(diǎn)，本文設(shè)計了基于誤差四元數(shù)的姿態(tài)卡爾曼濾波算法。在機(jī)體不同機(jī)動情況下，采用不同的數(shù)據(jù)融合方式，對無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行解算。該方法對機(jī)動較小的航拍型無人機(jī)有較好的應(yīng)用效果。 在測控系統(tǒng)的軟件中，采用分層模塊化的設(shè)計思想，合理設(shè)計飛行測控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。針對微小型無人機(jī)的飛行動力學(xué)特性，對無人機(jī)縱向、橫側(cè)向控制回路控制律進(jìn)行研究與設(shè)計。 最后，，對設(shè)計的飛行測控系統(tǒng)進(jìn)行了地面與搭載測試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果驗(yàn)證了飛行控制系統(tǒng)軟硬件主要模塊的功能正確性、可行性。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 飛行控制 MEMS傳感器 四元數(shù) 卡爾曼濾波器
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)11-15
• 1.3 課題研究內(nèi)容及文章安排15-17
• 第二章 飛行測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計17-42
• 2.1 主控模塊設(shè)計19-27
• 2.1.1 主處理器芯片選型20-21
• 2.1.2 主控模塊硬件電路的設(shè)計21-27
• 2.2 傳感器模塊設(shè)計27-33
• 2.2.1 陀螺儀傳感器的選型與電路設(shè)計27-29
• 2.2.2 氣壓高度傳感器的選型與電路設(shè)計29-31
• 2.2.3 磁強(qiáng)計傳感器的選型與電路設(shè)計31-32
• 2.2.4 加速度計傳感器的選型電路設(shè)計32-33
• 2.3 存儲模塊設(shè)計33-35
• 2.4 GPS 模塊設(shè)計35-36
• 2.5 舵機(jī)信號輸入與輸出驅(qū)動接口設(shè)計36-38
• 2.6 電源設(shè)計38-40
• 2.7 其他接口部分40-41
• 2.8 本章小結(jié)41-42
• 第三章 MEMS 傳感器的姿態(tài)解算算法研究42-65
• 3.1 姿態(tài)解算算法42-51
• 3.1.1 坐標(biāo)變換的表示方式42-46
• 3.1.2 常用的姿態(tài)解算算法46-48
• 3.1.3 基于陀螺儀數(shù)據(jù)的姿態(tài)解算48
• 3.1.4 基于加速度計和磁強(qiáng)計的姿態(tài)解算48-51
• 3.2 姿態(tài)解算濾波算法的研究51-55
• 3.2.1 Kalman 濾波器介紹52-54
• 3.2.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波器與姿態(tài)解算54-55
• 3.3 卡爾曼濾波方程的建立55-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第四章 飛控軟件設(shè)計與控制算法的研究65-78
• 4.1 飛控軟件的模塊化分層設(shè)計67-71
• 4.2 控制算法的設(shè)計71-77
• 4.2.1 縱向控制律的設(shè)計73-75
• 4.2.2 橫側(cè)向控制律設(shè)計75-77
• 4.3 本章小結(jié)77-78
• 第五章 系統(tǒng)測試與搭載飛行試驗(yàn)78-87
• 5.1 靜態(tài)測試78-83
• 5.2 試飛搭載測試83-86
• 5.3 本章小結(jié)86-87
• 第六章 總結(jié)與展望87-89
• 6.1 工作總結(jié)87
• 6.2 工作展望87-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果93-94
• 致謝94-95

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于MEMS傳感器的微小型無人機(jī)測控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：296115