本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是一種電動的、能夠垂直起降的、多旋翼式無人飛行器。近些年來，隨著飛行控制理論、機電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)等的飛速發(fā)展，四旋翼飛行器的應(yīng)用前景越來越廣闊，并受到了越來越廣泛地關(guān)注。 本文針對一種四旋翼飛行器，根據(jù)其動力學(xué)特性建立了數(shù)學(xué)模型，并以CycloneⅡEP2C8Q208C型號的FPGA芯片為控制核心，設(shè)計了四旋翼飛行控制器的硬件系統(tǒng)，，最后通過實驗仿真進行了性能測試和結(jié)果分析。本文完成了如下的主要工作： 將四旋翼飛行控制系統(tǒng)分成旋翼控制子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)，通過分析其飛行原理，對各個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、整體硬件電路進行了設(shè)計。 應(yīng)用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航原理設(shè)計了飛行器的導(dǎo)航系統(tǒng)，整合傳感器采集到的數(shù)據(jù)使其準(zhǔn)確的反映出飛行器當(dāng)前的飛行姿態(tài)，用于下一步的姿態(tài)控制。為解決導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)角緩慢發(fā)散的缺陷，本文給出了姿態(tài)角的校正方法，通過實驗驗證了校正方法的有效性。 對所設(shè)計的四旋翼飛行器建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從動力學(xué)和運動學(xué)兩方面分析其系統(tǒng)特性，得到了飛行器的運動方程。 飛行器的姿態(tài)控制是整個飛行控制系統(tǒng)的最主要部分，四旋翼飛行器實際上是通過四個電機轉(zhuǎn)動輸入來實現(xiàn)三軸姿態(tài)和位置等六個被控量的輸出，是一個典型的欠驅(qū)動系統(tǒng)。本文使用經(jīng)典PID控制算法對四旋翼飛行器姿態(tài)角和位置做了閉環(huán)控制，運用MATLAB/simulink搭建了飛行器的仿真系統(tǒng)。通過仿真實驗，結(jié)果表明該控制算法對姿態(tài)的控制效果良好，驗證了所設(shè)計的控制系統(tǒng)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 FPGA 捷聯(lián)式慣導(dǎo) 飛行控制系統(tǒng) 動力學(xué)模型
【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】：2012
【分類號】：V249.122
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1．緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 課題研究背景及意義10-12
• 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及主要問題12-14
• 1.3.1 研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 研究中的主要問題13-14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容及工作安排14-16
• 1.4.1 研究的主要內(nèi)容14-15
• 1.4.2 章節(jié)安排15-16
• 2．四旋翼飛行器的總體設(shè)計16-27
• 2.1 四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)框架及飛行原理16-20
• 2.2 設(shè)計目標(biāo)20
• 2.3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計20-24
• 2.3.1 旋翼控制子系統(tǒng)工作方式21-22
• 2.3.2 傳感器子系統(tǒng)工作方式22-24
• 2.3.3 通信子系統(tǒng)工作方式24
• 2.4 硬件總體設(shè)計24-25
• 2.5 軟件總體設(shè)計25-27
• 3．飛行器硬件電路系統(tǒng)設(shè)計27-41
• 3.1 主控制器設(shè)計27-30
• 3.1.1 控制器選型27-29
• 3.1.2 FPGA 最小系統(tǒng)29-30
• 3.2 LED 測試電路及 Buzzer 蜂鳴器電路設(shè)計30
• 3.3 UART 串行接口電路30-31
• 3.4 傳感器電路設(shè)計31-35
• 3.4.1 慣性傳感器選型31-34
• 3.4.2 傳感器電路連接原理34-35
• 3.5 電源供電電路設(shè)計35-36
• 3.5.1 芯片介紹35
• 3.5.2 電源供電電路原理35-36
• 3.6 無刷直流電機驅(qū)動電路設(shè)計36-41
• 3.6.1 驅(qū)動及執(zhí)行機構(gòu)器件介紹36-38
• 3.6.2 電機驅(qū)動電路原理38-41
• 4．四旋翼飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)解算41-58
• 4.1 導(dǎo)航系統(tǒng)參考坐標(biāo)系描述41-42
• 4.2 慣導(dǎo)系統(tǒng)基本原理42-45
• 4.2.1 平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理43-44
• 4.2.2 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理44-45
• 4.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的位置方程和姿態(tài)方程45-52
• 4.3.1 導(dǎo)航系統(tǒng)位置方程45-48
• 4.3.2 慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)方程48-52
• 4.4 系統(tǒng)位置參數(shù)及姿態(tài)角計算52-53
• 4.5 導(dǎo)航系統(tǒng)靜態(tài)分析53-58
• 5．四旋翼飛行器的建模與控制系統(tǒng)仿真58-71
• 5.1 飛行器系統(tǒng)建模58-62
• 5.2 系統(tǒng)控制算法62-68
• 5.3 仿真結(jié)果及分析68-71
• 6．調(diào)試71-75
• 6.1 電源調(diào)試71-72
• 6.2 陀螺儀、加速度計和數(shù)字羅盤調(diào)試72-74
• 6.3 控制電機調(diào)試74
• 6.4 系統(tǒng)調(diào)試74-75
• 7．總結(jié)與展望75-77
• 附錄77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文情況82-83
• 致謝83

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：337732