本文關(guān)鍵詞：四軸飛行器的研究與設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四軸飛行器從屬于一種結(jié)構(gòu)比較緊湊,且易于控制具有比較新穎飛行方式的靈活直降式飛行器,因為其起飛降落容易控制,所占空間較小,姿態(tài)保持能力較強等優(yōu)點,在民用和軍事方面受到極大的親睞。四軸飛行器發(fā)展前景也較為廣闊。 本課題分析了國際上與國內(nèi)四軸飛行器的發(fā)展研究情況,介紹了目前主流的四軸飛行器,并給出具體設(shè)計到的技術(shù)理論知識。主要通過串級PID調(diào)節(jié)及無刷直流電機驅(qū)動技術(shù),初步研究和設(shè)計了四軸飛行器的整體結(jié)構(gòu)與飛控系統(tǒng),并優(yōu)化了姿態(tài)控制算法。在此基礎(chǔ)上搭載通訊模塊,研制出的樣機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)基本的飛行動作,同時還可以進行搭載攝像,進行實時視頻監(jiān)控。 本文首先對四軸飛行器的結(jié)構(gòu)特點以及工作原理進行研究,結(jié)合課題目標(biāo)與具體四軸飛行器飛行參數(shù),對樣機進行建模。通過四元數(shù)到歐拉角的轉(zhuǎn)換,通過對四軸飛行器的具體參數(shù)并結(jié)合傳遞函數(shù)得到六個通道函數(shù)。引入相關(guān)控制量,采用經(jīng)典位置式PID控制算法,結(jié)合MATLAP進行飛行姿態(tài)仿真,并驗證其飛行的可靠性與穩(wěn)定性。 在飛行姿態(tài)測量方面采用三軸加速計和三軸陀螺儀共同完成,提供互補的參數(shù)完整的采集飛行器飛行過程中實時的姿態(tài)資料,并將這些數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊用于姿態(tài)解析,并通過卡爾曼濾波算法對傳感器數(shù)據(jù)進行處理,并將這些數(shù)據(jù)進行姿態(tài)解算得到滾動角、俯仰角、偏航角來分析飛行器的實時姿態(tài)。針對飛行器工作過程中可能發(fā)生的故障(如止供電電壓過高或過低、電機堵轉(zhuǎn)、控制信號中斷、電路故障等)提出了軟硬件安全保護設(shè)計。軟件平臺采用了國內(nèi)主導(dǎo)的開源系統(tǒng)RT-Thread。軟件系統(tǒng)框架由上下位機兩部分。下位機軟件主要通過C語言對STM32F407微控制器進行編程。上位機軟件主要通過MATLAB編程實現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：四軸飛行器 四元數(shù) 飛行姿態(tài) PID STM32F407
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V27;V249
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 課題背景與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 四軸飛行器的發(fā)展歷史13-15
• 1.2.2 四軸飛行器的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容18-20
• 2 四軸飛行器理論基礎(chǔ)20-26
• 2.1 四軸飛行器概述與應(yīng)用20-21
• 2.2 四軸飛行器的運動原理21-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 四軸飛行器的建模及控制26-48
• 3.1 飛行器的姿態(tài)確定26-28
• 3.2 四軸飛行器數(shù)據(jù)采集線程和數(shù)據(jù)處理線程的設(shè)定28
• 3.3 四元數(shù)法及其姿態(tài)解算的算法實現(xiàn)28-31
• 3.4 四元數(shù)流程31-32
• 3.5 卡爾曼濾波算法的實現(xiàn)32-35
• 3.6 PID串級算法分析35-38
• 3.6.1 PID算法原理35-36
• 3.6.2 增量式PID算法36-37
• 3.6.3 位置式PID算法37-38
• 3.7 仿真分析38-45
• 3.8 本章小結(jié)45-48
• 4 硬件電路設(shè)計48-60
• 4.1 電源模塊49-50
• 4.2 姿態(tài)測量模塊50-54
• 4.2.1 飛行姿態(tài)測量51-53
• 4.2.2 高度測量模塊53
• 4.2.3 地理坐標(biāo)測量模塊53-54
• 4.3 遙控模塊54-55
• 4.4 主控模塊55-57
• 4.5 電機驅(qū)動模塊57-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計60-76
• 5.1 下位機軟件設(shè)計60-70
• 5.1.1 初始化程序的設(shè)計60-62
• 5.1.2 數(shù)字濾波器的設(shè)計62-65
• 5.1.3 數(shù)據(jù)融合與姿態(tài)解算65-66
• 5.1.4 姿態(tài)解算的實現(xiàn)66-68
• 5.1.5 PID控制調(diào)節(jié)68-70
• 5.2 上位機軟件設(shè)計70-74
• 5.3 本章小結(jié)74-76
• 6 系統(tǒng)測試與分析76-82
• 6.1 飛行器整體結(jié)構(gòu)76
• 6.2 調(diào)試問題與解決方案76-80
• 6.3 本章小結(jié)80-82
• 7 總結(jié)與展望82-84
• 參考文獻84-88
• 致謝88-90
• 作者簡介90

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王帥;魏國;;卡爾曼濾波在四旋翼飛行器姿態(tài)測量中的應(yīng)用[J];兵工自動化;2011年01期

2 秦勇;臧希U，

本文編號：334573