隨著微機(jī)電技術(shù)的發(fā)展以及科學(xué)研究和生產(chǎn)生活的需要,多旋翼飛行器在農(nóng)業(yè)植保、搶險(xiǎn)救援、空間探測(cè)、航拍娛樂(lè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。多旋翼飛行器的姿態(tài)測(cè)量與控制策略是實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定與安全飛行的基礎(chǔ)。本文圍繞多旋翼飛行器的姿態(tài)測(cè)量和飛行控制方法展開(kāi)研究。本文首先搭建多旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為姿態(tài)信息融合和控制方法研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和理論依據(jù)。建立多旋翼飛行器六自由度非線性控制模型以及執(zhí)行器模型,論證了多旋翼飛行器系統(tǒng)具有非線性、強(qiáng)耦合、參數(shù)不確定等特點(diǎn)�；趹T性傳感器姿態(tài)解算原理,利用無(wú)依托標(biāo)定方法對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用慣性傳感器進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)姿態(tài)融合系統(tǒng)非線性狀態(tài)模型,采用無(wú)跡卡爾曼濾波解決了模型線性化問(wèn)題,采用加速度計(jì)與GPS進(jìn)行水平位置信息融合估計(jì),引入超聲波傳感器和氣壓計(jì)組合測(cè)量實(shí)現(xiàn)高度信息融合。其次,通過(guò)多旋翼飛行器系統(tǒng)模型線性化處理,將多旋翼動(dòng)態(tài)模型解耦為水平位移、高度、姿態(tài)三個(gè)線性模型。對(duì)多旋翼系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可控性進(jìn)行分析,針對(duì)實(shí)際飛行中出現(xiàn)大角度情況,提出了一種加保方向飽和函數(shù)的改進(jìn)型PID控制方法,避免控制器飽和而發(fā)生失控事故。最后,在充分考慮多旋翼飛行器的參數(shù)不確定性以及外部干擾情況下,采用滑... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：114 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

論文組結(jié)構(gòu)圖

本文的研究對(duì)象為小型多旋翼飛行器,主要應(yīng)用于民用領(lǐng)域,而民用級(jí)飛控系統(tǒng)開(kāi)發(fā),追求的是滿(mǎn)足一定可靠性的條件下盡可能降低成本,因此大多采用低成本、較高可靠性的集成芯片。目前各大開(kāi)源飛控及大疆、零度、極飛等多旋翼廠商都有較成熟的飛控模塊,但這些模塊集成度高,核心算法不開(kāi)源�；谝陨戏治�,為了采集多旋翼原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行算法驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)室首先搭建了低成本四旋翼樣機(jī)平臺(tái),如圖2-1所示。四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)如下:主要由主控模塊,包括數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)、測(cè)量傳感器等;動(dòng)力系統(tǒng),包括無(wú)刷電機(jī)及電調(diào)、螺旋槳;機(jī)架、無(wú)線傳輸模塊及保護(hù)裝置組成。綜合考慮飛行器整體性能及經(jīng)濟(jì)因素合理選擇各模塊芯片。

為了更好滿(mǎn)足主控板、各種傳感器模塊及外設(shè)的安裝要求,合理優(yōu)化空間設(shè)計(jì),根據(jù)各電路原理,設(shè)計(jì)制作主板電路PCB,如圖2-2所示:動(dòng)力部分主要考慮飛行器的供電和負(fù)載要求,選用獅子3S鋰電池,容量4200mah,額定電壓11.1V,重量303克,可以方便的搭載在F450機(jī)架上。無(wú)刷電機(jī)選用了郎宇公司的SunnySky X2212,選用好盈天行者SkyWalker-40A線性穩(wěn)壓電調(diào)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]新型多旋翼無(wú)人機(jī)的低成本組合導(dǎo)航與穩(wěn)定控制[D]. 裴信彪.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2018

碩士論文
[1]基于嵌入式的四旋翼飛行器姿態(tài)控制設(shè)計(jì)[D]. 趙世榮.中北大學(xué) 2016
[2]農(nóng)藥噴灑多旋翼無(wú)人機(jī)避障設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 李曉琳.東北大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2985082