本文關鍵詞：四旋翼直升機硬件設計與姿態(tài)、巡航控制算法實現(xiàn)

  更多相關文章： 四旋翼直升機 電機啟動換相 四元素姿態(tài)解算 PID控制 巡航

【摘要】：近年來隨著電子技術、微機電與微慣導的迅速發(fā)展,無人機技術得到了迅速發(fā)展。四旋翼直升機系統(tǒng)融合了剛體動力學、自動控制、多傳感器數(shù)據(jù)融合、電子與通信等多門學科和技術,成為一個研究熱點。四旋翼直升機憑借低速飛行,定點懸停,飛行靈活等諸多優(yōu)點,廣泛的應用于軍事與民事各領域。論文搭建了四旋翼直升機機械結構平臺,設計并制作了主控制系統(tǒng)與電機調速控制系統(tǒng)的硬件電路,圍繞四旋翼直升機姿態(tài)、巡航的控制算法開展研究,針對驅動電機與控制系統(tǒng),完成了電機的啟動、換相與姿態(tài)角解算、控制算法,完成論文的目的。主要工作如下：1.搭建四旋翼直升機機械平臺,選配測量傳感器,包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、氣壓計、磁力計、GPS及無線調參串口,完成了主控制系統(tǒng)與傳感器硬件電路設計。2.分析無刷無感直流電機的電磁特性,設計六臂全橋驅動電路、MOS管導通檢測電路、電機相線分壓檢測電路與中點電壓檢測電路,完成電機啟動算法與反電動勢換相算法,實現(xiàn)了電機調速控制。3.設計四元素互補濾波算法對系統(tǒng)進行姿態(tài)角解算,分別完成單環(huán)PID、串級PID控制算法與巡航控制算法,其中串級PID采用的是外環(huán)角度PI、內環(huán)角速度PID,經(jīng)參數(shù)整定后實現(xiàn)四旋翼直升機姿態(tài)、巡航控制。在系統(tǒng)調試中,解決了傳感器信息預處理、姿態(tài)數(shù)據(jù)干擾的去除、控制周期的優(yōu)化、PID參數(shù)的整定等問題。特別是針對電機高轉速下姿態(tài)數(shù)據(jù)干擾的去除,設計了滑動濾波器與卡爾曼濾波器結合的處理算法,獲得很好的效果。實測結果,該四旋翼直升機完成了姿態(tài)角平穩(wěn)控制與巡航飛行。
【關鍵詞】：四旋翼直升機 電機啟動換相 四元素姿態(tài)解算 PID控制 巡航
【學位授予單位】：內蒙古大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 背景研究意義與現(xiàn)狀11-14
• 1.1.1 課題背景意義11
• 1.1.2 四旋翼直升機研究現(xiàn)狀11-14
• 1.1.3 無刷無感直流電機研究背景意義14
• 1.2 論文的內容安排14-15
• 第二章 控制系統(tǒng)硬件電路及機械結構設計15-26
• 2.1 硬件電路設計15-17
• 2.1.1 主控芯片的選取15-16
• 2.1.2 下載電路設計16-17
• 2.2 傳感器的配置17-24
• 2.2.1 MPU6050的配置18-19
• 2.2.2 HMC5883L的配置19
• 2.2.3 氣壓計的配置19-21
• 2.2.4 GPS的配置21-22
• 2.2.5 無線遙控器與接收機的配置22-23
• 2.2.6 無線串口發(fā)射與接收23-24
• 2.3 機械結構設計24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 第三章 無刷無感直流電機調速電路設計26-38
• 3.1 無刷無感直流電機調速電路硬件設計28-34
• 3.1.1 無刷無感直流電機換相分析28-30
• 3.1.2 六臂全橋電路設計30-32
• 3.1.3 電流檢測電路32-33
• 3.1.4 反電動勢過零檢測電路33-34
• 3.2 無刷無感直流電機調速系統(tǒng)軟件算法實現(xiàn)34-37
• 3.2.1 無刷無感直流電機啟動算法實現(xiàn)34-35
• 3.2.2 無刷無感直流電機換相算法實現(xiàn)35-37
• 3.3 本章小結37-38
• 第四章 四旋翼直升機控制系統(tǒng)算法實現(xiàn)38-51
• 4.1 四旋翼直升機姿態(tài)角解算38-43
• 4.1.1 MPU6050數(shù)據(jù)預處理38-39
• 4.1.2 HMC5883L數(shù)據(jù)校準39-40
• 4.1.3 四元素姿態(tài)角解算40-43
• 4.2 懸停穩(wěn)定算法設計與實現(xiàn)43-48
• 4.2.1 單環(huán)PID控制43-46
• 4.2.2 串級PID控制46-48
• 4.3 巡航算法設計與實現(xiàn)48-50
• 4.3.1 GPS語句解析48-49
• 4.3.2 巡航姿態(tài)角的計算49-50
• 4.4 本章小結50-51
• 第五章 系統(tǒng)調試與測試51-63
• 5.1 編譯系統(tǒng)的選擇與搭建51-53
• 5.1.1 主控制系統(tǒng)程序的編譯與下載51-53
• 5.1.2 電機調速系統(tǒng)程序的編譯與下載53
• 5.2 調參上位機的選擇與應用53-56
• 5.2.1 下位機傳參與顯示53-54
• 5.2.2 上位機傳參與發(fā)送54-56
• 5.3 調試平臺的搭建56-57
• 5.4 數(shù)據(jù)干擾的濾除57-61
• 5.4.1 軟件方面的處理57-60
• 5.4.2 硬件方面的處理60-61
• 5.5 控制周期的優(yōu)化61
• 5.6 PID參數(shù)調試61-62
• 5.7 本章小結62-63
• 第六章 總結與展望63-65
• 6.1 總結63-64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-70
• 讀研期間發(fā)表的論文70
• 讀研期間參加的科研項目70-71
• 附錄71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宿敬亞;樊鵬輝;蔡開元;;四旋翼飛行器的非線性PID姿態(tài)控制[J];北京航空航天大學學報;2011年09期

2 趙影;李唐娟;;無刷直流電機的控制策略與仿真研究[J];電工技術;2010年03期

3 聶博文;馬宏緒;王劍;王建文;;微小型四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀與關鍵技術[J];電光與控制;2007年06期

4 王俊生;馬宏緒;蔡文瀾;稅海濤;聶博文;;基于ADRC的小型四旋翼無人直升機控制方法研究[J];彈箭與制導學報;2008年03期

5 孫冬梅;田增山;韓令軍;;捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中四元素法求解姿態(tài)角仿真模擬[J];彈箭與制導學報;2009年01期

6 楊光;李醒飛;;無刷直流電機反電勢過零點檢測轉子位置研究[J];電力電子技術;2008年10期

7 賈歆瑩;景占榮;孫敏;;無位置傳感器無刷直流電機的控制策略[J];電氣自動化;2007年03期

8 陳廷楠，，張登成;雙歐法與四元數(shù)法的應用比較[J];飛行力學;1996年04期

9 張榮輝;賈宏光;陳濤;張躍;;基于四元數(shù)法的捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的姿態(tài)解算[J];光學精密工程;2008年10期

10 吳成富;劉小齊;馬松輝;;四旋翼無人機建模及其四元數(shù)控制律設計[J];飛行力學;2013年02期

本文編號：708341