本文關(guān)鍵詞：基于STM32的微型四軸飛行器研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四軸飛行器是一種新型無人飛行器，其結(jié)構(gòu)簡單，有著卓越的飛行穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域及很強(qiáng)的實(shí)用價值。四軸飛行器涉及多學(xué)科知識，包括自動控制理論、空氣動力學(xué)、微電子、數(shù)字信號處理及傳感器技術(shù)等，為多學(xué)科知識綜合研究提供了平臺，具有很高的研究價值。本文重點(diǎn)分析了四軸飛行器飛行原理以及對飛行控制系統(tǒng)作了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 依據(jù)四軸飛行器獨(dú)特的特性，本文采用了最新ARM Cortex M3架構(gòu)的STM32系列微處理器平臺，全球首款集成加速度計(jì)與陀螺儀的MPU-6050作為飛行姿態(tài)測量傳感器，以2.4G全球開放頻段為無線數(shù)據(jù)傳輸控制方式。借鑒卡爾曼濾波器原理設(shè)計(jì)權(quán)值姿態(tài)融合算法，將當(dāng)前姿態(tài)與目標(biāo)姿態(tài)作比較，利用PID控制器線性調(diào)整系統(tǒng)PWM輸出占空比，，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)整飛行姿態(tài)。 最后對設(shè)計(jì)的四軸飛行器樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與調(diào)試。結(jié)果顯示，姿態(tài)融合算法能夠有效得到穩(wěn)定的飛行姿態(tài)，PID控制器可線性輸出PWM占空比，飛行器能夠完成基本飛行動作。
【關(guān)鍵詞】：四軸飛行器 慣性測量 姿態(tài)融合 均值濾波 卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V279;V249
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 插圖附表清單10-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 課題研究背景12-13
• 1.2 四軸飛行器研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 飛行控制系統(tǒng)簡介17-18
• 1.4 應(yīng)用領(lǐng)域及研究內(nèi)容18-19
• 1.4.1 應(yīng)用領(lǐng)域18
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容18-19
• 1.5 關(guān)鍵技術(shù)以及工作要點(diǎn)19-20
• 1.6 論文組織結(jié)構(gòu)20-22
• 第二章 四軸飛行器原理22-36
• 2.1 飛行器整體結(jié)構(gòu)22-26
• 2.1.1 引言22
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-23
• 2.1.3 運(yùn)動分析23-26
• 2.1.4 運(yùn)動過程注意問題26
• 2.2 飛行姿態(tài)與升力關(guān)系26-29
• 2.2.1 飛行器繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)α角度與升力之間的關(guān)系27-28
• 2.2.2 飛行器繞 X 軸旋轉(zhuǎn)β角度與升力之間的關(guān)系28
• 2.2.3 飛行器繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)γ角度與升力之間的關(guān)系28-29
• 2.2.4 飛行器飛行速度與螺旋槳升力之間的關(guān)系29
• 2.3 飛行姿態(tài)測量29-34
• 2.3.1 加速度傳感器30-31
• 2.3.2 角速度傳感器31
• 2.3.3 加速度與角速度值融合31-34
• 2.4 無線遙控設(shè)置34-35
• 2.4.1 遙控器34
• 2.4.2 編碼解碼34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-54
• 3.1 PID 控制器36-37
• 3.1.1 概述36
• 3.1.2 數(shù)字 PID 控制器36-37
• 3.1.3 分段比例控制設(shè)計(jì)37
• 3.2 硬件設(shè)計(jì)37-45
• 3.2.1 總體設(shè)計(jì)37-38
• 3.2.2 微處理器38-40
• 3.2.3 姿態(tài)傳感器模塊40-42
• 3.2.4 無線通訊模塊42-43
• 3.2.5 電機(jī)驅(qū)動模塊43-44
• 3.2.6 電源模塊設(shè)計(jì)44-45
• 3.3 軟件設(shè)計(jì)45-53
• 3.3.1 總體設(shè)計(jì)45-47
• 3.3.2 系統(tǒng)初始化47-49
• 3.3.3 數(shù)據(jù)輸入49-50
• 3.3.4 姿態(tài)融合50-51
• 3.3.5 PID 控制器設(shè)計(jì)51-52
• 3.3.6 控制算法實(shí)現(xiàn)52-53
• 3.4 其他設(shè)計(jì)53
• 3.4.1 電機(jī)及螺旋槳53
• 3.4.2 坐標(biāo)軸確定53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 結(jié)果分析及改進(jìn)54-60
• 4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果54
• 4.2 控制系統(tǒng)分析54-56
• 4.2.1 姿態(tài)融合算法分析54-55
• 4.2.2 PID 控制器分析55-56
• 4.2.3 遙控編碼解碼分析56
• 4.3 功耗分析56-57
• 4.4 控制系統(tǒng)改進(jìn)57-58
• 4.4.1 三維電子羅盤57
• 4.4.2 姿態(tài)解算改進(jìn)57
• 4.4.3 改進(jìn)分析57-58
• 4.5 與目前飛行器比較58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第五章 結(jié)論60-62
• 5.1 總結(jié)60-61
• 5.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 附錄 A 飛行控制系統(tǒng)原理圖66-67
• 附錄 B 程序代碼結(jié)構(gòu)圖67-68
• 致謝68-69

【相似文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于STM32的微型四軸飛行器研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：355097