本文關(guān)鍵詞：基于MEMS的四旋翼飛行器通信與導(dǎo)航技術(shù)研究

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【摘要】：隨著四旋翼飛行器的逐漸普遍,它也逐漸受到人們的重視和青睞,并被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。由于它的廣泛應(yīng)用,四旋翼飛行器的導(dǎo)航的準(zhǔn)確度和控制的穩(wěn)定性成了人們越來越看重的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)雖然可以應(yīng)用于飛行器上,但是由于其設(shè)備復(fù)雜,受環(huán)境條件限制,而且只能用于有衛(wèi)星信號的寬闊地帶,這也限制了飛行器導(dǎo)航的進一步發(fā)展。隨著微機電導(dǎo)航器件的應(yīng)用越來越廣泛,促使慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進入人們的視野并逐漸被廣泛應(yīng)用。使得飛行器的能夠更加小型化和應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊提供了可能。文中研究的主要是適用于室內(nèi)和狹窄空間等沒有GPS信號的地方的四旋翼飛行器的導(dǎo)航和通信。其設(shè)計采用集成有三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀的MEMS傳感器MPU-6050作為慣性測量組件以及Arduino MEGA2560作為主控板進行數(shù)據(jù)運算融合和控制。為了使飛行器更加穩(wěn)定,飛行系統(tǒng)通過MPU6050測量四旋翼飛行器三維空間的加速度和角速度,并通過HC-SR04超聲波距離傳感器模塊測量機體離障礙物的距離并且使其保持一定的距離,并使用直流電機模塊調(diào)節(jié)機翼的轉(zhuǎn)速。程序設(shè)計上采用基于四元數(shù)的卡爾曼濾波和PID控制飛行器的姿態(tài)來調(diào)節(jié),使其能夠沿著預(yù)定的飛行路線平穩(wěn)飛行。此外,基于以上算法,還在MATLAB中對SD卡中存儲的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,驗證了算法的有效性。文中設(shè)計的四旋翼小型飛行器具有諸多優(yōu)點,比如體積小,結(jié)構(gòu)簡單,靈活性高和適應(yīng)性強等,對于飛行器在導(dǎo)航方面所采用的算法,經(jīng)過飛行器實際的運行結(jié)果以及經(jīng)過MATLAB處理SD卡記錄的數(shù)據(jù)之后都顯示此算法的可行性。為進一步控制算法的改進和飛行器走向?qū)嵱没隽藝L試性實驗,為下一步的工作奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：MEMS傳感器 四旋翼飛行器 姿態(tài)解算 Arduino 導(dǎo)航
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V243
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 引言12-13
• 1.2 四旋翼飛行器的發(fā)展歷史和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 四旋翼飛行器的發(fā)展歷史13-15
• 1.2.2 四旋翼飛行器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 四旋翼飛行器主要優(yōu)點及其導(dǎo)航技術(shù)17-18
• 1.3.1 四旋翼飛行器主要優(yōu)點17
• 1.3.2 四旋翼飛行器的導(dǎo)航技術(shù)17-18
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容18-19
• 第2章 四旋翼飛行器飛控原理和導(dǎo)航理論基礎(chǔ)19-32
• 2.1 四旋翼飛行器飛行原理19-22
• 2.2 四旋翼飛行器的姿態(tài)表示與描述22-28
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義22-23
• 2.2.2 姿態(tài)描述23-28
• 2.3 導(dǎo)航理論基礎(chǔ)28-31
• 2.3.1 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)28-29
• 2.3.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 四旋翼飛行器飛控的硬件方案設(shè)計32-51
• 3.1 姿態(tài)測量模塊33-40
• 3.1.1 飛行姿態(tài)測量33-39
• 3.1.2 距離測量傳感器39-40
• 3.2 通信模塊40-42
• 3.2.1 通信模塊簡介40-41
• 3.2.2 通信模塊原理41-42
• 3.3 主控模塊42-46
• 3.3.1 微控制器簡介43-44
• 3.3.2 數(shù)據(jù)存儲介紹和操作44-46
• 3.4 電機驅(qū)動模塊46
• 3.5 I2C和SPI通信協(xié)議介紹46-49
• 3.5.1 IIC通信協(xié)議46-48
• 3.5.2 SPI通信協(xié)議48-49
• 3.6 電源模塊49-50
• 3.7 本章小結(jié)50-51
• 第4章 飛行姿態(tài)濾波和控制算法的設(shè)計51-61
• 4.1 信號預(yù)處理51-54
• 4.1.1 濾波51
• 4.1.2 卡爾曼濾波器設(shè)計51-54
• 4.2 四元數(shù)法及其姿態(tài)解算的算法實現(xiàn)54-56
• 4.3 PID控制算法的設(shè)計56-60
• 4.3.1 PID算法的原理56-59
• 4.3.2 四軸飛行器的PID調(diào)節(jié)原理59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實驗分析61-85
• 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計61-77
• 5.1.1 MPU6050的初始化設(shè)置與程序設(shè)計63-64
• 5.1.2 HMC5883L的初始化設(shè)置與程序設(shè)計64-66
• 5.1.3 距離傳感器HC-SR04的初始化設(shè)置與程序設(shè)計66-67
• 5.1.4 卡爾曼濾波程序設(shè)計67-72
• 5.1.5 Micro-SD卡寫數(shù)據(jù)程序設(shè)計72-74
• 5.1.6 PID控制和四元數(shù)算法的程序?qū)崿F(xiàn)74-77
• 5.2 實驗分析77-84
• 5.3 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-87
• 參考文獻87-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果91-92
• 致謝92-93

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋亞平;淺談旋翼的防腐維護[J];航空維修與工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文編號：543406