本文關(guān)鍵詞：小型旋翼飛行系統(tǒng)設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計算機技術(shù)與自動化技術(shù)的高速發(fā)展,智能機器人的研發(fā)和應(yīng)用漸漸成為了學(xué)術(shù)團體和科研機構(gòu)的研究的焦點。作為智能機器人研究領(lǐng)域熱點的小型旋翼飛行器憑借其新穎的結(jié)構(gòu)、靈活的操控性能和較小的地域局限性等優(yōu)勢,在軍事和民用等諸多領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注。 本文在分析了國內(nèi)外旋翼飛行器研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上,旨在提出一種基于小型四旋翼飛行器的實驗平臺,使其能夠滿足基本的工程應(yīng)用。論文首先對四旋翼飛行器的坐標(biāo)系統(tǒng)和基本飛行原理做了相關(guān)說明,然后詳細介紹了飛行器的整體設(shè)計框架,將搭載Linux操作系統(tǒng)的s5pv210處理器作為飛行器的控制核心,并配備有慣性測量模塊、直流無刷電機驅(qū)動模塊、無線通訊模塊、GPS導(dǎo)航模塊和圖像采集模塊以實現(xiàn)飛行器的自適應(yīng)控制。系統(tǒng)采用四元數(shù)卡爾曼濾波算法將陀螺儀和加速計的所獲取的數(shù)據(jù)較好地進行了融合和分析,以便對飛行器機體姿態(tài)進行最優(yōu)估計。此外,還在MATLAB Simulink中對飛行控制系統(tǒng)進行了相關(guān)仿真,證明控制算法具備有效性和魯棒性。之后將算法移植到ARM嵌入式系統(tǒng)中,并對控制參數(shù)進行了優(yōu)化。最后對整套系統(tǒng)進行測試和分析,驗證了飛行器平臺的可行性。 本文在所搭建的硬件平臺上進行相關(guān)算法的研究,使用PID控制算法完成了基本的姿態(tài)校正和飛行控制。編寫的地面站軟件能夠采集飛行數(shù)據(jù),模擬飛行姿態(tài),顯示攝像頭采集回的視頻圖像,通過相關(guān)命令還可對飛行器實現(xiàn)基本的控制。本文初步搭建了小型四旋翼飛行實驗平臺,并進行了相關(guān)的性能仿真,為今后進一步的控制算法研究打下基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 卡爾曼濾波 四元數(shù) 嵌入式系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP242.6;V275.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 選題的背景與研究的意義10
• 1.2 旋翼飛行器的發(fā)展和研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 四旋翼發(fā)展歷史10-11
• 1.2.2 四旋翼研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 本論文研究主要內(nèi)容15-17
• 第二章 系統(tǒng)飛行原理與總體結(jié)構(gòu)17-23
• 2.1 四旋翼飛行器坐標(biāo)系統(tǒng)17-20
• 2.1.1 坐標(biāo)系定義17
• 2.1.2 姿態(tài)描述17-20
• 2.2 四旋翼飛行器基本原理20-21
• 2.3 飛行系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計23-35
• 3.1 硬件總體方案23
• 3.2 飛控核心模塊設(shè)計23-29
• 3.2.1 核心控制器23-25
• 3.2.2 姿態(tài)航向參考系統(tǒng)(AHRS)25-27
• 3.2.3 高度檢測模塊27-28
• 3.2.4 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)28-29
• 3.3 電機驅(qū)動模塊29-31
• 3.3.1 電機選型與設(shè)計29-30
• 3.3.2 直流無刷電機控制原理30-31
• 3.4 無線通信模塊31-32
• 3.5 電源管理模塊32-33
• 3.6 硬件系統(tǒng)版圖設(shè)計33-34
• 3.7 本章小結(jié)34-35
• 第四章 機載軟件方案設(shè)計35-58
• 4.1 機載飛控系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計35-36
• 4.2 嵌入式Linux軟件平臺36-37
• 4.3 嵌入式Linux及其編程環(huán)境的建立37-40
• 4.3.1 GNU工具集37
• 4.3.2 Shell37-38
• 4.3.3 Makefile與make38-39
• 4.3.4 交叉開發(fā)工具鏈39-40
• 4.4 Bootloader的定制及移植40-43
• 4.4.1 Bootloader簡介40-42
• 4.4.2 基于s5pv210的U-Boot移植42-43
• 4.5 Linux內(nèi)核的移植43-45
• 4.6 文件系統(tǒng)的創(chuàng)建45-47
• 4.6.1 文件系統(tǒng)介紹及其結(jié)構(gòu)45-46
• 4.6.2 BusyBox46-47
• 4.7 外圍設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計實現(xiàn)47-52
• 4.7.1 電機PWM驅(qū)動47-49
• 4.7.2 GPS模塊UART驅(qū)動49-50
• 4.7.3 三軸加速度計傳感器SPI驅(qū)動50-51
• 4.7.4 磁力計傳感器12C驅(qū)動51-52
• 4.8 應(yīng)用層控制程序52-53
• 4.9 機載軟件相關(guān)算法研究與分析53-57
• 4.9.1 卡爾曼濾波算法53-55
• 4.9.2 PID控制算法55-57
• 4.10 本章小結(jié)57-58
• 第五章 地面站軟件系統(tǒng)設(shè)計58-66
• 5.1 地面監(jiān)控軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計58
• 5.2 地面站監(jiān)控軟件設(shè)計58-64
• 5.2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊60-62
• 5.2.2. GPS定位模塊62-64
• 5.2.3 無線視頻圖像采集模塊64
• 5.3 地面站監(jiān)控軟件執(zhí)行流程64-65
• 5.4 監(jiān)控軟件最終架構(gòu)65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 系統(tǒng)試驗及結(jié)果分析66-70
• 6.1 設(shè)計結(jié)果66
• 6.2 功耗分析66-67
• 6.3 仿真實驗結(jié)果67-68
• 6.4 系統(tǒng)飛行實驗68-69
• 6.5 本章小結(jié)69-70
• 第七章 結(jié)論與展望70-72
• 7.1 總結(jié)70
• 7.2 展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-77
• 附錄77-78
• 作者在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、發(fā)明專利及參加的科研項目78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 楊超，宋壽峰;對直升機動力學(xué)的現(xiàn)狀與發(fā)展的分析[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;1995年02期

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3 劉俊峰;三維轉(zhuǎn)動的四元數(shù)表述[J];大學(xué)物理;2004年04期

4 Wang Zhenhuan;Chen Xijun;Zeng Qingshuang;;Comparison of strapdown inertial navigation algorithm based on rotation vector and dual quaternion[J];Chinese Journal of Aeronautics;2013年02期

  本文關(guān)鍵詞：小型旋翼飛行系統(tǒng)設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：376638