本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼飛行器是一種能夠垂直起降的多旋翼飛行器,它非常適合近地偵察、監(jiān)視的任務(wù),具有廣泛的軍事和民事應(yīng)用前景。但是四旋翼飛行器控制難度較大,難點(diǎn)在于飛行器具有欠驅(qū)動、多變量等比較復(fù)雜的特性。因此四旋翼飛行器的建模與控制也成了控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 本文基于小型四旋翼飛行器在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,主要研究了四旋翼飛行器的主要分類、研究的領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用的前景等。本文以實(shí)驗室的小型四旋翼飛行器為實(shí)際對象,對四旋翼的建模和控制方法做了研究。本文根據(jù)對四旋翼飛行器的機(jī)架結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特性做詳盡的分析和研究,在此基礎(chǔ)上建立四旋翼飛行器的物理模型和動力學(xué)模型。四旋翼飛行器有各種的運(yùn)行狀態(tài),比如：爬升、下降、懸停、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動、俯仰運(yùn)動、偏航運(yùn)動等。本文采用牛頓-歐拉模型來描述四旋翼飛行器的飛行姿態(tài)。在上述研究和分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行飛行器的建模。四旋翼飛行器的建模分為對力學(xué)模型建模(電機(jī)、機(jī)架等),與動力學(xué)模型建模。力學(xué)模型通過測量和計算對實(shí)際的四旋翼飛行器建模。動力學(xué)建模是通過對飛行器的飛行原理和各種運(yùn)動狀態(tài)下的受力關(guān)系以及參考牛頓-歐拉模型建立仿真模型。 本文采用是PID控制,利用對動力學(xué)的分析,進(jìn)行控制算法的設(shè)計。本文主要對四旋翼飛行器進(jìn)行滾轉(zhuǎn)角控制、俯仰角控制、偏航角的控制、以及高度控制,以及飛行加速度的控制。建立四旋翼飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)與加速度的控制系統(tǒng),驗證控制方法和算法的可行性。 本文根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求建立四旋翼飛行器的硬件控制平臺。硬件平臺主要包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)信息處理板和運(yùn)行控制算法的主控板。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要有陀螺傳感器L3G4200D (?)(?)加速度計ADXL345以及高度計,還有主控芯片STM32,作為讀取和寫入姿態(tài)信息。運(yùn)行算法的主控板,是由STM32和一些外圍電路組成,用于運(yùn)行控制算法和處理從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸過來的姿態(tài)信息。通過調(diào)試控制算法,進(jìn)行多次飛行試驗,飛行器可以穩(wěn)定的飛行。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 PID控制 牛頓-歐拉模型 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(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
• ABSTRACT5-9
• 第一章 引言9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外研究動態(tài)10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究動態(tài)11-12
• 1.3 研究目標(biāo)和內(nèi)容12-13
• 1.3.1 研究目標(biāo)12
• 1.3.2 研究內(nèi)容12-13
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第二章 四旋翼飛行器建模14-32
• 2.1 四旋翼飛行器介紹14-15
• 2.2 相關(guān)基礎(chǔ)理論15-26
• 2.2.1 坐標(biāo)系15-16
• 2.2.2 飛行器受力分析16-17
• 2.2.3 四旋翼飛行狀態(tài)17-20
• 2.2.4 牛頓-歐拉模型20-26
• 2.3 四旋翼飛行器建模26-31
• 2.3.1 四旋翼飛行器力學(xué)建模26-29
• 2.3.2 四旋翼飛行器運(yùn)動建模29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)設(shè)計32-42
• 3.1 飛控系統(tǒng)總體設(shè)計32-33
• 3.2 控制算法選取33-34
• 3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計34-41
• 3.3.1 姿態(tài)角控制系統(tǒng)34-37
• 3.3.2 高度控制37-38
• 3.3.3 加速度控制38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)仿真42-51
• 4.1 仿真平臺42
• 4.2 飛控系統(tǒng)的仿真42-49
• 4.2.1 姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真43-45
• 4.2.2 高度控制系統(tǒng)仿真45-47
• 4.2.3 加速度控制系統(tǒng)仿真47-49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 第五章 飛控系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計51-62
• 5.1 飛控硬件平臺總體設(shè)計51-52
• 5.2 導(dǎo)航系統(tǒng)硬件設(shè)計52-58
• 5.2.1 陀螺傳感器52-53
• 5.2.2 加速度計53-55
• 5.2.3 導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差分析55-56
• 5.2.4 誤差消除方法56-58
• 5.3 主控電路板設(shè)計58-59
• 5.4 硬件平臺電路板設(shè)計59-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第六章 飛行器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)62-76
• 6.1 飛行控制系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)方案62-63
• 6.2 電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)63-68
• 6.2.1 轉(zhuǎn)速控制量的實(shí)現(xiàn)63-65
• 6.2.2 PWM波調(diào)速65-68
• 6.3 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫68-72
• 6.3.1 陀螺儀L3G4200D讀寫實(shí)現(xiàn)68-70
• 6.3.2 加速度計ADXL345讀寫數(shù)據(jù)70-72
• 6.4 飛行測試72-75
• 6.5 本章小結(jié)75-76
• 第七章 總結(jié)與展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 攻碩期間的研究成果81

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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2 謝景衛(wèi);柳文強(qiáng);;高精度風(fēng)力擺控制系統(tǒng)設(shè)計[J];電子科技;2016年11期

3 萬云霞;許倫豹;胡龍;吳佳鑫;王言章;;基于Arduino的四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計[J];吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2015年04期

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7 崔江東;小型四旋翼無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];新疆大學(xué);2014年

8 阮征;面向全景視覺的四軸飛行機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];武漢工程大學(xué);2014年

9 張劍鋒;基于松耦合方式的低成本GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：382959