本文關(guān)鍵詞：基于STM32的有纜多旋翼飛行器控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 有纜多旋翼 數(shù)學(xué)模型 數(shù)據(jù)濾波 串級(jí)PID

【摘要】：多旋翼飛行器不僅能夠像固定翼飛行器一樣多方向飛行,還能夠像直升機(jī)一樣懸停,使其在民用和軍事方面都得到了很好地應(yīng)用。但是,目前多旋翼存在的最大缺點(diǎn)是續(xù)航能力差,不能長(zhǎng)期執(zhí)行任務(wù)。系留浮空器依靠自身的浮力實(shí)現(xiàn)在空中懸浮,系留纜繩可以使其固定到一點(diǎn)執(zhí)行任務(wù),可以長(zhǎng)時(shí)間不間斷的定點(diǎn)停泊高效工作,但是它的機(jī)動(dòng)性較差,受外界環(huán)境影響較大。綜合多旋翼飛行器和系留浮空器的特點(diǎn),可以設(shè)計(jì)一款通過(guò)纜繩供電的有纜多旋翼飛行器,使其具有多旋翼飛行器的機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、受外界環(huán)境干擾小、性價(jià)比高和系留浮空器連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于有纜多旋翼飛行器的研究和應(yīng)用較少,本文以實(shí)現(xiàn)有纜多旋翼的懸停飛行為目標(biāo),著重開(kāi)展了一系列的研究工作。首先,簡(jiǎn)述了六旋翼飛行器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,接著分析了六旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)特性,獲得了飛行器的旋轉(zhuǎn)和平移的動(dòng)態(tài)方程,并對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。接下來(lái)對(duì)纜繩的受力和纜繩對(duì)機(jī)體的拉力進(jìn)行了分析,并在六旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立了有纜六旋翼的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。然后,根據(jù)飛行器的設(shè)計(jì)要求和任務(wù)需要,采用模塊化的設(shè)計(jì)理念,進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。主要包括對(duì)所用到的主控制器和導(dǎo)航系統(tǒng)中的傳感器選型并選擇合適的濾波算法對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)濾波融合后解算得到相關(guān)有效信息。再利用經(jīng)典PID和串級(jí)PID的控制算法設(shè)計(jì)出控制器,控制飛行器的姿態(tài)、高度和位置。另外選擇合適的電源和電纜設(shè)計(jì)了有纜多旋翼的供電系統(tǒng)。最后,通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)整定得到了飛行器較好的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文的設(shè)計(jì)方法能夠使有纜多旋翼飛行器長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作,能夠完成相應(yīng)的任務(wù),基本滿足了設(shè)計(jì)的要求。
【關(guān)鍵詞】：有纜多旋翼 數(shù)學(xué)模型 數(shù)據(jù)濾波 串級(jí)PID
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-11
• 1.1 引言7-8
• 1.2 多旋翼的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-10
• 1.3 論文主要工作內(nèi)容10-11
• 第2章 多旋翼模型分析11-25
• 2.1 多旋翼結(jié)構(gòu)和原理11-14
• 2.2 六旋翼數(shù)學(xué)模型14-20
• 2.2.1 坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換14-15
• 2.2.2 多旋翼動(dòng)力學(xué)模型15-20
• 2.3 有纜多旋翼動(dòng)力學(xué)模型20-24
• 2.3.1 纜繩受力和對(duì)機(jī)體的拉力20-23
• 2.3.2 有纜六旋翼動(dòng)力學(xué)模型23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-37
• 3.1 系統(tǒng)總方案25-26
• 3.1.1 設(shè)計(jì)要求25
• 3.1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)25-26
• 3.2 主控制器設(shè)計(jì)26-29
• 3.2.1 主控制器選型26-27
• 3.2.2 主控制器硬件設(shè)計(jì)27-29
• 3.3 導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)29-34
• 3.3.1 IMU模塊29
• 3.3.2 磁場(chǎng)傳感器模塊29-30
• 3.3.3 高度傳感器模塊30-31
• 3.3.4 GPS定位模塊31-32
• 3.3.5 光流定位模塊32
• 3.3.6 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸32-34
• 3.4 遙控器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)34-35
• 3.4.1 遙控器及其接口電路34-35
• 3.4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其接口電路35
• 3.5 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4章 控制算法與軟件設(shè)計(jì)37-47
• 4.1 控制系統(tǒng)37-38
• 4.2 控制算法38-41
• 4.2.1 PID控制39-40
• 4.2.2 模糊PID控制40-41
• 4.2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制41
• 4.3 控制器設(shè)計(jì)41-46
• 4.3.1 姿態(tài)以及航向控制42-44
• 4.3.2 高度控制44-45
• 4.3.3 懸�？刂�45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 數(shù)據(jù)處理與姿態(tài)解算47-69
• 5.1 傳感器數(shù)據(jù)采集分析47-59
• 5.1.1 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)47-49
• 5.1.2 磁航向傳感器數(shù)據(jù)49-52
• 5.1.3 高度測(cè)量傳感器數(shù)據(jù)52-55
• 5.1.4 GPS與光流傳感器數(shù)據(jù)55-59
• 5.2 數(shù)據(jù)濾波59-65
• 5.2.1 常用數(shù)字濾波59-61
• 5.2.2 卡爾曼濾波61-63
• 5.2.3 IIR濾波63-65
• 5.3 基于四元數(shù)的飛行器姿態(tài)解算65-67
• 5.3.1 四元數(shù)法65-66
• 5.3.2 姿態(tài)解算實(shí)現(xiàn)66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 第6章 飛行器實(shí)驗(yàn)69-79
• 6.1 飛行器調(diào)試69-72
• 6.1.1 調(diào)試平臺(tái)69-70
• 6.1.2 地面調(diào)試70-72
• 6.2 空中飛行實(shí)驗(yàn)72-75
• 6.3 有纜六旋翼飛行實(shí)驗(yàn)75-78
• 6.4 本章小結(jié)78-79
• 第7章 總結(jié)與展望79-81
• 7.1 總結(jié)79
• 7.2 展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-84
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明84-85
• 致謝85-86
• 附錄86-90

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