多旋翼飛行器的機動性強、操作簡單,能完成多種特殊飛行任務,被逐漸應用到各個領域中,但其續(xù)航時間較短受到了一定的限制。系留浮空器依靠自身囊內氣體提供的升力結合系留纜繩的拉力停泊在目標高度范圍內進行工作,并通過系留線纜傳輸電能和信息,能夠長時間進行工作,但其機動性較差、抗風能力不強。針對上述二者的優(yōu)缺點,本文設計出的系留多旋翼飛行器系統(tǒng),具有操作簡單、機動性強、長航時飛行、負載能力強的優(yōu)點。系留多旋翼飛行器與普通多旋翼飛行器的主要不同之處為機身下方掛載了系留線纜,這對姿態(tài)角的解算精度及控制算法要求更高,且目前國內對該方面的研究較少,以此為切入點,本文創(chuàng)新點如下:1、采用擴展卡爾曼濾波高精度融合姿態(tài)解算算法對飛行器姿態(tài)實時解算,解算出的角度誤差范圍在0.2度以內。2、設計了系留多旋翼飛行器供電系統(tǒng),通過實驗驗證,其效果良好,使得飛行器能夠長航時飛行。本文著重對系留多旋翼飛行器系統(tǒng)及飛行控制系統(tǒng)進行了研究與設計。首先,分析了系留六旋翼飛行器的飛行原理,并在此基礎上建立了數(shù)學模型。其次,對系統(tǒng)進行了軟硬件設計。硬件方面,對飛行器整機結構設計及供電系統(tǒng)進行了介紹,同時介紹了飛行控制器的各個模塊設計... 

【文章來源】：安徽工業(yè)大學安徽省

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 多旋翼飛行器國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 系留多旋翼飛行器國內外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內容及結構
第二章 系留六旋翼飛行器飛行原理及數(shù)學建模
    2.1 坐標系變換
    2.2 六旋翼飛行器飛行原理
    2.3 六旋翼飛行器動力學模型
    2.4 系留六旋翼飛行器數(shù)學模型
        2.4.1 系留線纜分析
        2.4.2 系留六旋翼飛行器動力學模型
    2.5 本章小結
第三章 系統(tǒng)總體設計
    3.1 系留六旋翼飛行器系統(tǒng)總體結構設計
    3.2 飛行控制系統(tǒng)硬件結構
    3.3 飛行控制系統(tǒng)軟件框架
    3.4 系統(tǒng)設計的主要任務
        3.4.1 實現(xiàn)飛行器的長航時飛行
        3.4.2 實現(xiàn)姿態(tài)角的高精度解算
        3.4.3 飛行控制算法設計
    3.5 本章小結
第四章 系統(tǒng)硬件設計
    4.1 飛行控制器
        4.1.1 主控制器
        4.1.2 IMU慣性傳感器模塊
        4.1.3 磁力計模塊
        4.1.4 高度測量模塊
        4.1.5 數(shù)據(jù)存儲模塊
        4.1.6 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊
        4.1.7 GPS定位模塊
        4.1.8 遙控裝置
        4.1.9 電源管理模塊
    4.2 六旋翼飛行器設計
    4.3 供電系統(tǒng)
        4.3.1 系泊單元
        4.3.2 系留線纜
        4.3.3 升空平臺
    4.4 本章小結
第五章 系統(tǒng)軟件設計
    5.1 傳感器數(shù)據(jù)獲取
        5.1.1 IIC通信
        5.1.2 加速度計及陀螺儀數(shù)據(jù)獲取
        5.1.3 磁力計數(shù)據(jù)獲取
        5.1.4 氣壓計數(shù)據(jù)獲取
    5.2 傳感器數(shù)據(jù)濾波
        5.2.1 加速度計數(shù)據(jù)濾波
        5.2.2 陀螺儀數(shù)據(jù)濾波
        5.2.3 磁力計數(shù)據(jù)濾波
        5.2.4 氣壓計數(shù)據(jù)濾波
    5.3 傳感器數(shù)據(jù)校正
        5.3.1 加速度計數(shù)據(jù)校正
        5.3.2 陀螺儀數(shù)據(jù)校正
        5.3.3 磁力計數(shù)據(jù)校正
    5.4 姿態(tài)解算算法
        5.4.1 姿態(tài)角的四元數(shù)法表示
        5.4.2 互補濾波算法
        5.4.3 擴展卡爾曼濾波算法
    5.5 控制算法研究及仿真
        5.5.1 串級PID控制
        5.5.2 模糊自適應控制算法
        5.5.3 定點懸停控制
    5.6 地面站通訊
    5.7 本章小結
第六章 系統(tǒng)測試與實驗
    6.1 系統(tǒng)測試平臺
    6.2 姿態(tài)角精度測試
    6.3 飛行器調試
    6.4 飛行測試
    6.5 本章小結
第七章 總結與展望
    7.1 總結
    7.2 展望
參考文獻
附錄
    附錄一 插圖清單
    附錄二 表格清單
    附錄三 部分程序
在學研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于擴展卡爾曼濾波的小型固定翼無人機姿態(tài)估計方法分析[J]. 楊兆,沈作軍.  航空科學技術. 2017(11)
[3]四旋翼飛行器建模及其運動控制[J]. 郭勇,汪大偉,鄧宇.  傳感器與微系統(tǒng). 2017(11)
[4]四旋翼飛行器全控制算法研究[J]. 崔道旺,柳向斌.  控制工程. 2017(10)
[5]改進擴展卡爾曼濾波對四旋翼姿態(tài)解算的研究[J]. 侯玉涵,王耀力.  電子技術應用. 2017(10)
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碩士論文
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[5]小型四軸飛行器建模與控制系統(tǒng)設計[D]. 徐寶梅.電子科技大學 2017
[6]防碰撞四旋翼飛行器動力學建模與控制研究[D]. 戴啟浩.南京理工大學 2017
[7]基于北斗/GPS終端的車輛監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 韓兆淵.昆明理工大學 2017
[8]基于自抗擾算法的四旋翼無人機抗風性能研究[D]. 史騰飛.華北電力大學 2017
[9]多旋翼飛行器低成本飛行控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 王丁偉.南京航空航天大學 2017
[10]基于MARG傳感器的四旋翼姿態(tài)控制器研究[D]. 張柳.哈爾濱工業(yè)大學 2017



本文編號：3196212