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四旋翼无人飞行器的飞行姿态控制研究

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目录

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第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究工作

第2章 四旋翼无人飞行器运动原理及模型

2.1 四旋翼飞行器运动原理简介

2.2 飞行器的数学建模

2.3 四元数解算

2.4 PID控制算法

2.5 本章小结

第3章 四旋翼无人飞行器硬件系统设计

3.1 四旋翼飞行器硬件平台组成

3.2 飞行器控制系统硬件设计

3.3 本章小结

第4章 飞行器控制系统软件设计

4.1 开发环境

4.2 程序总体设计

4.3 初始化程序

4.4 姿态数据获取

4.5 位置数据读取

4.6 四元数姿态解算

4.7 PWM控制量输出

4.7 本章小结

第5章 四旋翼无人飞行器的实现

5.1 传感器校准

5.2 单轴PID调试

5.2 飞行测试

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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摘要

四旋翼飞行器是旋翼式无人飞行器中的一种,也是近年来新兴的一种超小型飞行器。随着科学技术的不断发展,以及微机电、微导航技术的出现,四旋翼发展进入了新的时代,各国都开设有相关的研究机构来对四旋翼飞行器展开研究。相对于固定翼飞行器,四旋翼飞行器具有控制灵活度高、抗干扰性强等诸多优点,在民用航拍、军事地形侦察及工业电力线路检测等领域均有巨大应用前景;但四旋翼飞行器系统具有驱动能力欠缺、多变量等问题,使其成为当今国内外自动控制方向研究的热点和难题。 本文首先是对四旋翼飞行器的结构组成和工作原理进行分析,并以此基础进行了四旋翼飞行器的系统硬件设计。四旋翼飞行控制器是采用 STM32微控制器,将加速度计与陀螺仪、地磁传感器和气压传感器等作为姿态及位置反馈装置,通过蓝牙控制器传输控制信号,最终通过电调控制无刷电机。 硬件部分设计完成后,对飞行器软件架构进行了综合设计。本文通过分析四旋翼飞行器的运动原理,推导非线性运动方程并简化后,引入了四个控制量,并将其非线性模型解耦成四个独立的控制通道,利用四元数法、位置式PID等控制算法,对飞行器的飞行姿态进行了优化。 最后完成了对四旋翼飞行器的安装调试,并分别于室内和室外进行了飞行测试。测试过程中对参数进行了微调,使飞行器具有最优的飞行姿态,后加入高度控制通道进行了定航点测试,验证了四旋翼飞行器飞行姿态控制的可行性。

著录项

  • 作者

    王积翔;

  • 作者单位

    哈尔滨工程大学;

  • 授予单位 哈尔滨工程大学;
  • 学科 控制工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 王科俊,裘延国;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    四旋翼; 无人飞行器; 飞行姿态;

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