四旋翼飞行器控制器设计

发布时间：2017-12-03 05:26

  本文关键词：四旋翼飞行器控制器设计

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【摘要】：随着旋翼飞行器越来越广泛地应用于于国家军事和经济领域,旋翼飞行器的研究也越来越深入和成熟,四旋翼飞行器的发展也越来越多的受到各个国家的重视,日渐成为科技领域中一个热点研究方向,而其中的飞行控制器是四旋翼飞行器关键所在。本文首先介绍了旋翼飞行器控制器的发展状况和飞行器控制系统的研究现状,包括飞行器产品现状和飞行器控制理论研究方向。之后本文对飞行器的运动控制理论进行了理论分析,为姿态解算建立数学模型。根据实际情况,本文对飞行器控制系统提出要求并以此为根据设计了基于ARM嵌入式处理器的飞行器控制系统。主控制器采用基于ARM Cortex-M4架构,相比于普通嵌入式单片机,其具有强大的浮点运算能力。之后设计并分析了飞行控制器系统的外设,其硬件构架使用模块化的思想,更加有利于系统功能实现且易于开发,主要分为微控制器系统模块、电源供电模块、姿态传感模块、GPS接收机模块、无线数传模块和遥控模块。各个模块功能相对独立又能相互通信,形成了一整套飞行器控制器的硬件设计方案。硬件设计中主要完成芯片的选型及姿态传感器电路、电源管理电路、输出保护、防静电保护、过压过流电路等,飞行控制器的执行装置是机架、电池、电调和无刷电机。飞行控制器的软件架构设计也应用模块化思想,主要完成系统主程序、数据通信程序、基于四元数的姿态解算算法以及姿态控制程序的设计。使用了ARM内核中DSP库进行浮点运算,双闭环PID控制算法实现姿态数据的实时处理与互补滤波功能,添加了安全保护和超声波蔽障设计以提高飞行器的可靠性。本项目联系实际公路工程项目,各个指标都要满足实际需求。文中最后对飞行器进行测试,分析了地面站的实时参数,使用飞行器传回的数传信号,对飞行器进行整体评估。评估结果显示飞行控制器的测量数据传输正常有效,各个模块正常工作,地面站接收信息正确且滤波效果达到预期目标,调试完毕后的实际飞行验证了飞行器达到了设计需求,并对飞行控制器做了总结和展望。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1247612