本文關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四旋翼早在1907年就已經(jīng)有人研究,但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作困難以及飛行的不穩(wěn)定性,因此并沒有引起大家的重視。但是近幾年科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展,特別是微電子技術(shù)有了長足的進(jìn)步使得無人機(jī)技術(shù)再次進(jìn)入人們的視野,四旋翼飛行器擁有控制靈活、體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、可垂直起降和定點(diǎn)懸停等特點(diǎn),不論是在軍事上還是民用上都擁有非常廣泛的應(yīng)用前景。本文首先是對四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成,工作原理上進(jìn)行分析,并建立起四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)模型。再根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本論文采用TI公司的DSP微處理器來做主控制器;采用MPU6050芯片來設(shè)計(jì)姿態(tài)傳感器模塊;HMC5883L是一款高靈敏度的磁傳感器,本次論文利用它來設(shè)計(jì)航向測量模塊;采用BMP085來設(shè)計(jì)高度測量模塊;本次論文在四旋翼飛行器上集成了GPS模塊,在四旋翼飛行器飛行時(shí)進(jìn)行定位控制,該GPS模塊選用的是NEO—6M芯片;最后在與上位機(jī)或是遙控器進(jìn)行無線通信時(shí),本文采用了nRF24L01無線收發(fā)芯片來設(shè)計(jì)無線傳輸模塊。硬件平臺(tái)搭建完成后,接下來是對飛行器軟件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),讓其能夠完成懸停,上下飛行,平移等運(yùn)動(dòng)。首先是完成各傳感器數(shù)據(jù)的采集工作,對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并使用卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)融合;再采用模糊控制算法對其姿態(tài)進(jìn)行控制;最后通過地面遙控器發(fā)送控制信號(hào)對四旋翼飛行器進(jìn)行控制。在論文的最后,對四旋翼飛行器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。首先進(jìn)行地面靜態(tài)測試,得到姿態(tài)信息發(fā)送給上位機(jī)顯示;然后進(jìn)行空中動(dòng)態(tài)飛行測試,分別完成垂直,前進(jìn)后退,左右側(cè)飛,左右偏航等運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),四旋翼飛行器能夠較好的完成上述等運(yùn)動(dòng),打到實(shí)驗(yàn)要求。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 GPS定位 模糊控制
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 課題研究目的和意義8
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 遙控航模四旋翼飛行器8-9
• 1.2.2 小型四旋翼飛行器9-10
• 1.2.3 微型四旋翼飛行器10-11
• 1.2.4 國內(nèi)四旋翼飛行器11-12
• 1.3 主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排12
• 1.4 小結(jié)12-13
• 第2章 建立四旋翼飛行器數(shù)學(xué)模型13-28
• 2.1 四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)以及原理13-17
• 2.1.1 四旋翼飛行器的工作原理13-16
• 2.1.2 四旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)組成16-17
• 2.2 數(shù)學(xué)模型的建立17-22
• 2.2.1 坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣17-18
• 2.2.1.1 坐標(biāo)系的建立17-18
• 2.2.1.2 坐標(biāo)變換矩陣18
• 2.2.2 動(dòng)力學(xué)模型的建立18-22
• 2.2.2.1 四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)模型19-20
• 2.2.2.2 非線性動(dòng)力學(xué)模型20-22
• 2.3 設(shè)計(jì)模糊PI控制與仿真22-27
• 2.3.1 模糊PI控制22-27
• 2.3.1.1 模糊論域23
• 2.3.1.2 隸屬函數(shù)23-24
• 2.3.1.3 模糊規(guī)則表24-25
• 2.3.1.4 模糊推理及反模糊化25
• 2.3.1.5 參數(shù)確定25-26
• 2.3.1.6 MTLAB仿真26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 硬件設(shè)計(jì)28-42
• 3.1 四旋翼飛行器設(shè)計(jì)28-29
• 3.1.1 飛控系統(tǒng)總體框圖28-29
• 3.2 四旋翼飛行器硬件設(shè)計(jì)29-38
• 3.2.1 主控制芯片29-30
• 3.2.2 IMU傳感器模塊設(shè)計(jì)30-33
• 3.2.3 磁航向計(jì)模塊設(shè)計(jì)33-34
• 3.2.4 高度傳感器模塊設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.5 GPS定位模塊35-38
• 3.3 無線通信數(shù)據(jù)鏈38-41
• 3.3.1 手持無線遙控器38-40
• 3.3.2 無線數(shù)據(jù)傳輸40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 軟件設(shè)計(jì)與測試42-58
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介42-43
• 4.2 傳感器的數(shù)據(jù)采集與分析43-51
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集所采用的I2C總線協(xié)議介紹43-44
• 4.2.2 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集44-46
• 4.2.3 高度測量模塊數(shù)據(jù)采集46-49
• 4.2.3.1 BMP085溫度和壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)讀取和換算46-47
• 4.2.3.2 海拔高度的計(jì)算47-48
• 4.2.3.3 測量結(jié)果分析48-49
• 4.2.4 磁航向模塊數(shù)據(jù)采集49-51
• 4.3 GPS模塊軟件編程51-54
• 4.3.1 NMEA-0183協(xié)議51-52
• 4.3.2 GPS模塊軟件調(diào)試52-54
• 4.4 數(shù)據(jù)處理54-57
• 4.4.1 濾波分析54
• 4.4.2 卡爾曼濾波算法54-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第5章 四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)58-65
• 5.1 飛行試驗(yàn)準(zhǔn)備58-59
• 5.1.1 搭建平臺(tái)58
• 5.1.2 試飛實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)58-59
• 5.2 試驗(yàn)內(nèi)容59-64
• 5.2.1 地面靜態(tài)實(shí)驗(yàn)測試59-61
• 5.2.2 動(dòng)態(tài)飛行實(shí)驗(yàn)測試61-63
• 5.2.3 結(jié)論63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第6章 總結(jié)與展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69-70

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