本文關(guān)鍵詞：多旋翼無(wú)人機(jī)的嵌入式自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 雙芯片 自主飛行 uC/OSⅡ ARHS設(shè)計(jì) INS設(shè)計(jì)

【摘要】：本文以多旋翼無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象,依據(jù)多旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出一套通用的嵌入式自主飛行控制系統(tǒng),使各式各樣的多旋翼無(wú)人機(jī)能夠搭載這套硬件系統(tǒng)進(jìn)行控制飛行。本文的主要內(nèi)容如下： (1)根據(jù)控制系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性以及能夠進(jìn)行多任務(wù)處理的性能要求,設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件電路。采用一種新型的雙芯片處理器架構(gòu),并且給出了整個(gè)硬件的傳感器設(shè)計(jì)電路、電源電路、隔離電路等。 (2) uC/OS Il(Micro Control Operation System Two)是一種可固化的、可裁剪的、搶占式的、實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核,尤其適合飛行控制系統(tǒng)。故為了提高控制系統(tǒng)的可維護(hù)性和實(shí)時(shí)性,本文采用uC/OS Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)管理。文中給出了uC/OS Ⅱ詳細(xì)的移植要求和步驟,最后在硬件控制系統(tǒng)中成功移植。 (3)對(duì)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航算法的應(yīng)用進(jìn)行了研究,分別是基于擴(kuò)展卡爾曼的ARHS (Attitude Heading Refernce System)設(shè)計(jì)和INS (Inertial Navigation System)設(shè)計(jì)。ARHS主要提供姿態(tài)角信息,而為了提高姿態(tài)角推算的準(zhǔn)確性,本文提出一種將動(dòng)加速度作為噪聲加入到觀測(cè)方程,陀螺的偏移誤差加入到狀態(tài)方程,聯(lián)合推算姿態(tài)角的算法。INS主要是推算出速度信息和位置信息,針對(duì)GPS信號(hào)的不準(zhǔn)確性,提出一種利用加速度計(jì)和氣壓計(jì)聯(lián)合補(bǔ)償推算的算法。通過(guò)將設(shè)計(jì)的算法嵌入到控制系統(tǒng)中,將算法輸出結(jié)果與商用MTI-G進(jìn)行比較,結(jié)果證明導(dǎo)航算法準(zhǔn)確性較高。 (4)以四旋翼無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象,進(jìn)行姿態(tài)、速度和位置的建模,采用不完全微分PID方法設(shè)計(jì)控制器。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)飛行證明設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)行之有效。 通過(guò)上述工作,本文設(shè)計(jì)的雙芯片控制系統(tǒng)已經(jīng)搭載于各類(lèi)多旋翼無(wú)人機(jī)中進(jìn)行控制飛行,為無(wú)人機(jī)的研究提供了一種可裁剪、可維護(hù)且價(jià)格低廉的控制平臺(tái),方便使用人員進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
【關(guān)鍵詞】：雙芯片 自主飛行 uC/OSⅡ ARHS設(shè)計(jì) INS設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 目錄3-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 緒論7-14
• 1.1 課題研究背景及意義7-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)10-13
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)13-14
• 第二章 基礎(chǔ)理論14-26
• 2.1 坐標(biāo)系定義14-15
• 2.2 姿態(tài)角定義15-16
• 2.3 四元數(shù)理論16-18
• 2.4 卡爾曼濾波理論18-23
• 2.4.1 線性離散系統(tǒng)的卡爾曼濾波18-19
• 2.4.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波器19-23
• 2.5 控制理論23-26
• 2.5.1 PID控制理論23-24
• 2.5.2 不完全微分PID控制理論24-26
• 第三章 多旋翼無(wú)人機(jī)硬件設(shè)計(jì)26-39
• 3.1 多旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)26-27
• 3.2 多旋翼無(wú)人機(jī)的性能指標(biāo)要求及總體控制方案27-28
• 3.3 飛行控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)28-38
• 3.3.1 電源模塊設(shè)計(jì)28-29
• 3.3.2 處理器模塊29-30
• 3.3.3 傳感器模塊30-34
• 3.3.4 數(shù)據(jù)采集模塊34-36
• 3.3.5 無(wú)線通訊模塊36-37
• 3.3.6 PWM輸出模塊37-38
• 3.4 PCB布局38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 多旋翼無(wú)人機(jī)的嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-56
• 4.1 軟件系統(tǒng)要求39
• 4.2 uC/OSⅡ簡(jiǎn)介39-43
• 4.3 uC/OSⅡ移植43-48
• 4.3.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境43
• 4.3.2 UC/OSⅡ移植43-48
• 4.4 系統(tǒng)任務(wù)方案48-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 自主飛行導(dǎo)航算法研究56-65
• 5.1 姿態(tài)與航向參考系統(tǒng)(ARHS)設(shè)計(jì)56-59
• 5.1.1 姿態(tài)和航向估計(jì)算法56-58
• 5.1.2 擴(kuò)展卡爾曼設(shè)計(jì)58-59
• 5.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)設(shè)計(jì)59-62
• 5.2.1 高度測(cè)量61
• 5.2.2 擴(kuò)展卡爾曼設(shè)計(jì)61-62
• 5.3 算法可行性驗(yàn)證62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 多旋翼無(wú)人機(jī)控制器設(shè)計(jì)65-72
• 6.1 控制器設(shè)計(jì)65-71
• 6.2 本章小結(jié)71-72
• 第七章 實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)分析72-76
• 7.1 姿態(tài)飛行72-73
• 7.2 速度飛行73-74
• 7.3 位置飛行74-75
• 7.4 本章小結(jié)75-76
• 第八章 結(jié)論與展望76-77
• 8.1 總結(jié)76
• 8.2 展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 專(zhuān)利和論文發(fā)表情況82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：522399