發(fā)布時(shí)間：2017-04-24 23:14

  本文關(guān)鍵詞：基于STM32單片機(jī)的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文從工程應(yīng)用出發(fā)，將航模固定翼飛機(jī)作為研究平臺，在總結(jié)國內(nèi)外微小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了低成本飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 首先，提出飛行控制系統(tǒng)總體方案，對硬件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。無人機(jī)硬件系統(tǒng)總體分為兩個(gè)部分：機(jī)載飛控系統(tǒng)和地面測控系統(tǒng)，其中機(jī)載飛控系統(tǒng)以STM32微控制器為核心，集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPS模塊、遙控解碼模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)傳電臺和電源模塊；地面測控系統(tǒng)包括測控計(jì)算機(jī)、數(shù)傳電臺、地面站軟件、發(fā)射機(jī)等。 其次，對無人機(jī)捷聯(lián)導(dǎo)航算法進(jìn)行了研究。捷聯(lián)導(dǎo)航算法用于無人機(jī)姿態(tài)、速度、位置等信息的濾波解算，是解決無人機(jī)飛行狀態(tài)準(zhǔn)確測量的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文設(shè)計(jì)了基于誤差四元數(shù)的姿態(tài)卡爾曼濾波算法；同時(shí)考慮在大機(jī)動(dòng)情況下，剛體加速度的影響，采用組合濾波的方法，提高姿態(tài)解算的精度，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；通過引入GPS的速度和位置量測信息，分別設(shè)計(jì)了速度、位置卡爾曼濾波器。 然后，建立了無人機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)模型�；谠撃Ｐ筒捎肞ID控制方法對無人機(jī)縱向、橫側(cè)向控制回路控制律進(jìn)行設(shè)計(jì)；同時(shí)對無人機(jī)的自主飛行進(jìn)行研究，，給出了直線自主飛行和圓周自主飛行制導(dǎo)參數(shù)的計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制律；之后進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制律。 最后，展開無人機(jī)的試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了飛行控制系統(tǒng)硬件與捷聯(lián)導(dǎo)航算法的可靠性和可行性。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 捷聯(lián)導(dǎo)航 四元數(shù) 卡爾曼濾波器 飛行控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景及意義14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 無人機(jī)研究14-16
• 1.2.2 飛行控制系統(tǒng)16-18
• 1.3 本文研究內(nèi)容及方法18-20
• 第二章 飛行控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求20-21
• 2.3 飛行控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺21
• 2.4 飛行控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)21-24
• 2.4.1 機(jī)載飛控系統(tǒng)22-23
• 2.4.2 地面測控系統(tǒng)23-24
• 2.5 飛行控制系統(tǒng)硬件方案24-30
• 2.5.1 嵌入式飛控計(jì)算機(jī)24-25
• 2.5.2 傳感器數(shù)據(jù)采集25-28
• 2.5.3 GPS 模塊28-29
• 2.5.4 遙控解碼模塊29
• 2.5.5 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)29-30
• 2.5.6 數(shù)傳電臺30
• 2.5.7 電源模塊30
• 2.6 飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)30-33
• 2.6.1 飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需求30-31
• 2.6.2 飛行控制系統(tǒng)軟件流程31-33
• 第三章 基于單片機(jī)的捷聯(lián)導(dǎo)航算法研究33-46
• 3.1 引言33
• 3.2 坐標(biāo)系定義及變換33-34
• 3.3 捷聯(lián)姿態(tài)矩陣更新算法34-38
• 3.3.1 四元數(shù)法35-36
• 3.3.2 四元數(shù)微分方程的龍格-庫塔法求解36
• 3.3.3 四元數(shù)微分方程的等效旋轉(zhuǎn)矢量法求解36-38
• 3.4 導(dǎo)航濾波算法38-46
• 3.4.1 姿態(tài)估計(jì)算法38-43
• 3.4.2 速度估計(jì)算法43-44
• 3.4.3 位置估計(jì)算法44-46
• 第四章 無人機(jī)控制律設(shè)計(jì)46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 無人機(jī)數(shù)學(xué)模型46-47
• 4.3 PID 控制方法47-48
• 4.4 縱向控制律設(shè)計(jì)48-51
• 4.4.1 俯仰角保持/控制回路48-49
• 4.4.2 高度保持/控制回路49-51
• 4.5 橫側(cè)向控制律設(shè)計(jì)51-53
• 4.5.1 橫滾角保持/控制回路51-52
• 4.5.2 偏航角保持/控制回路52-53
• 4.6 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制53-56
• 4.7 自主飛行控制律設(shè)計(jì)56-62
• 4.7.1 直線自主飛行控制律設(shè)計(jì)56-58
• 4.7.2 圓周自主飛行控制律設(shè)計(jì)58-60
• 4.7.3 數(shù)值仿真60-62
• 第五章 試驗(yàn)驗(yàn)證62-65
• 5.1 引言62
• 5.2 試驗(yàn)系統(tǒng)組成62
• 5.3 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果62-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 本文主要貢獻(xiàn)和特點(diǎn)65
• 6.2 進(jìn)一步的工作和展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙斐;微小無人機(jī)的姿態(tài)測量與控制系統(tǒng)研究[D];中北大學(xué);2013年

2 劉輝邦;面向偏振光傳感器的無人機(jī)導(dǎo)航平臺開發(fā)[D];大連理工大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于STM32單片機(jī)的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：325169