本文關(guān)鍵詞：基于嵌入式的四旋翼飛行器姿態(tài)控制設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 四旋翼飛行器 樣機設(shè)計 姿態(tài)解算 控制算法

【摘要】：隨著微小型處理器、傳感器、電機等技術(shù)的前進,以及姿態(tài)解算方法和控制算法的發(fā)展,多旋翼飛行器的研究和開發(fā)受到廣大科研院校及科技公司的關(guān)注。飛行器的姿態(tài)控制研究是其核心內(nèi)容之一,直接影響著其性能及推廣應用。論文從學習研究四旋翼飛行器整體系統(tǒng)的角度出發(fā),選用低成本、高可靠性的微小型傳感器模塊及處理器設(shè)計四旋翼飛行器樣機,旨在通過優(yōu)化數(shù)據(jù)處理及控制算法改善飛行器的穩(wěn)定性及可靠性,為開展飛行器完全自主飛行研究。首先,制定研究所需飛行器的設(shè)計要求,選用合適的機架及配套的電機、電子調(diào)速器(電調(diào))及供電鋰電池,初步構(gòu)成四旋翼的框架。設(shè)計了以STM32F103為主控微處理器,集成加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計,同時外擴連接GPS模塊、超聲波、通信模塊等,實現(xiàn)飛行器的運動及姿態(tài)相關(guān)信息的測量,完成了四旋翼飛行器的硬件的搭建。其次,對四旋翼飛行器的姿態(tài)解算及控制算法進行設(shè)計。針對單一傳感器測量精度差、可靠性低的問題,設(shè)計了基于信息融合的姿態(tài)解算法,利用互補濾波的方法,將加速度、陀螺儀和磁力計的測量值根據(jù)其特點進行基于四元數(shù)法的綜合解算,得到姿態(tài)角的最優(yōu)估計；高度及位置測量中采用了分散卡爾曼濾波的融合算法,將超聲波、氣壓計、GPS和加速度計的測量值融合解算,得到高度和位置的最優(yōu)估計,實現(xiàn)了姿態(tài)位置信息的實時可靠獲取。同時根據(jù)四旋翼飛行器的動力學特點及控制策略,設(shè)計了基于改進PID的姿態(tài)角實時調(diào)整控制方法,以及基于姿態(tài)角控制的位置控制算法,提高飛行器的運動穩(wěn)定性。最后,介紹了四旋翼飛行器的主要模塊的軟件設(shè)計及流程,在MDK-ARM v5嵌入式開發(fā)平臺上實現(xiàn)飛行器的軟件功能的設(shè)計及調(diào)試工作,針對飛行器的硬件平臺及模塊進行了調(diào)試驗證,最后對飛行器進行了試飛調(diào)試,驗證其性能。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 樣機設(shè)計 姿態(tài)解算 控制算法
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 發(fā)展歷程10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 應用領(lǐng)域及前景14-15
• 1.4 關(guān)鍵技術(shù)及問題15-16
• 1.5 論文的主要內(nèi)容安排16-18
• 2 四旋翼飛行器樣機的總體設(shè)計及分析18-38
• 2.1 四旋翼飛行器樣機的搭建19-20
• 2.2 四旋翼飛行器的主控及傳感器部分設(shè)計20-31
• 2.2.1 核心處理器的選型與設(shè)計20-23
• 2.2.2 慣性傳感器的選型與設(shè)計23-26
• 2.2.3 氣壓計傳感器的選型與設(shè)計26-28
• 2.2.4 超聲波傳感器的選型與設(shè)計28-30
• 2.2.5 GPS模塊的選型與設(shè)計30-31
• 2.3 四旋翼的動力部分設(shè)計31-34
• 2.3.1 電源及其供電31-33
• 2.3.2 無刷電機及電調(diào)33-34
• 2.4 通信模塊設(shè)計34-35
• 2.5 四旋翼飛行器的整體功能35-36
• 2.6 總結(jié)36-38
• 3 四旋翼飛行器的姿態(tài)位置解算38-65
• 3.1 四旋翼飛行器的姿態(tài)解算40-55
• 3.1.1 姿態(tài)解算的方法40-43
• 3.1.2 基于四元數(shù)的姿態(tài)解算43-45
• 3.1.3 四旋翼飛行器的姿態(tài)角解算45-48
• 3.1.4 基于傳感器融合技術(shù)的四元數(shù)姿態(tài)解算48-53
• 3.1.5 仿真實驗53-55
• 3.2 四旋翼飛行器的位置解算55-64
• 3.2.1 高度位置解算56-61
• 3.2.2 飛行器的水平位移速度解算61-62
• 3.2.3 仿真實驗62-64
• 3.3 總結(jié)64-65
• 4 四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)設(shè)計65-75
• 4.1 四旋翼飛行器的運動力學分析65-66
• 4.2 PID控制算法66-69
• 4.3 四旋翼的PID設(shè)計69-72
• 4.3.1 四旋翼飛行器的姿態(tài)PID設(shè)計69-71
• 4.3.2 四旋翼飛行器的位置PID設(shè)計71-72
• 4.4 仿真實驗72-74
• 4.5 總結(jié)74-75
• 5 四旋翼飛行器開發(fā)及實現(xiàn)方法75-87
• 5.1 開發(fā)環(huán)境及工具75-76
• 5.2 四旋翼飛行器的軟件設(shè)計76-80
• 5.3 調(diào)試驗證80-86
• 5.3.1 硬件電路的調(diào)試81-82
• 5.3.2 傳感器模塊測試82-83
• 5.3.3 控制設(shè)計調(diào)整83
• 5.3.4 四旋翼飛行器整體調(diào)試83-86
• 5.4 總結(jié)86-87
• 6 總結(jié)與展望87-89
• 參考文獻89-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果92-93
• 致謝93

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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：553426