小型无人机测控系统设计与实现
本文选题:无人机 切入点:四元数 出处:《西安建筑科技大学》2016年硕士论文
【摘要】:小型无人机因具有结构简单、控制灵活、性价比高的特点正在得到日益广泛的应用。飞行测控系统作为无人机系统的重要组成部分,就其开发过程中所涉及的关键技术进行研究,对小型无人机的工程应用有重要意义。本文以工程实际中的小型四旋翼无人机为应用平台,在总结国内外小型无人机研究现状的基础上,开展了小型无人机飞行控制系统的设计和研究。首先,根据无人机的应用需求,提出飞行测控系统的总体方案。系统总体分为两个部分:机载控制器和地面测控系统,其中机载控制器完成无人机姿态检测和飞行控制功能;地面测控系统通过无线通信线路实现机上信息和地面指令的数据交互。随后对实验平台所采用的四旋翼无人机机体结构和飞行原理进行了分析。其次,按照飞行测控系统的总体结构,对机载控制器的硬件系统进行了模块化设计。控制器以STM32F407微处理器为主控制模块,同时集成MEMS传感器模块、无线通信模块、GPS定位模块以及电机输出控制模块,设计了相关外围电路,完成硬件设计。再次,详细介绍了飞行测控系统的软件设计。针对四旋翼无人机的飞行特点,本文设计了一套基于四元数和多传感器融合的姿态解算系统,对无人机姿态角进行解算,并使用双闭环PID控制器进行飞行姿态控制,实现无人机的稳定飞行。随后根据系统功能要求完成机载控制器与地面站系统的软件设计。最后,对设计的无人机测控系统进行地面和飞行实验,实验结果验证了系统各模块与算法设计的有效性。
[Abstract]:Because of its simple structure, flexible control and high performance-to-price ratio, small UAV is widely used. Flight measurement and control system is an important part of UAV system. The research on the key technologies involved in the development process is of great significance to the engineering application of the small UAV. In this paper, the application platform of the small four-rotor UAV in engineering practice is taken as the application platform. On the basis of summarizing the research status of small UAV at home and abroad, the design and research of UAV flight control system are carried out. Firstly, according to the application requirements of UAV, The system is divided into two parts: the airborne controller and the ground control system, in which the airborne controller completes the UAV attitude detection and flight control functions; The ground measurement and control system realizes the data exchange between the aircraft information and the ground instructions through wireless communication lines. Then, the structure and flight principle of the four-rotor UAV used in the experimental platform are analyzed. According to the overall structure of flight measurement and control system, the hardware system of airborne controller is modularized. The controller is composed of STM32F407 microprocessor and MEMS sensor module. Wireless communication module, GPS positioning module and motor output control module, designed related peripheral circuits, completed hardware design. Thirdly, the software design of flight measurement and control system is introduced in detail. In this paper, an attitude resolution system based on quaternion and multi-sensor fusion is designed. The attitude angle of UAV is calculated, and the dual closed loop PID controller is used to control the attitude of UAV. Then the software design of airborne controller and ground station system is completed according to the functional requirements of the system. Finally, the ground and flight experiments are carried out on the designed UAV TT & C system. Experimental results verify the effectiveness of the system modules and algorithm design.
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V279;V249
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 辛健成;美国海军无人机发展历程[J];机器人技术与应用;2000年05期
2 时兆峰;以色列组建专门的无人机管理部门[J];飞航导弹;2001年10期
3 徐文;俄罗斯的无人机系统——格兰特[J];飞航导弹;2003年07期
4 何一波;各国使用的主要轻型无人机[J];飞航导弹;2003年11期
5 马晓平;系统工程学在无人机研制中的应用[J];航空科学技术;2003年04期
6 柯边;“影子200”战术无人机[J];航天电子对抗;2003年06期
7 温羡峤,李英;从美国无人机的发展来看无人机在未来战争中的应用前景[J];现代防御技术;2003年05期
8 王永寿;日本无人机的研究开发现状与动向[J];飞航导弹;2003年08期
9 袁刚辉;徐志红;;不断壮大的俄罗斯无人机家族[J];现代兵器;2003年02期
10 徐文;俄罗斯无人机的发展现状[J];飞航导弹;2004年02期
相关会议论文 前10条
1 王林;张庆杰;朱华勇;沈林成;;远程异地多无人机系统控制权切换技术研究[A];2009中国控制与决策会议论文集(3)[C];2009年
2 谭健美;张琚;闫娟;;信息无人机系统——无人机发展史上新的里程碑[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
3 黄爱凤;邓克绪;;民用无人机发展现状及关键技术[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年
4 刘长亮;;无人机发动机气道开度自适应机构的设计与实现[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第三分册)[C];2009年
5 丁霖;;无人机系统人机交互界面浅析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
6 刘泽坤;吕继淮;;舰载无人机系统的环境适应性[A];人—机—环境系统工程创立20周年纪念大会暨第五届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2001年
7 叶烽;宋祖勋;;无人机系统电磁兼容性测试研究[A];第十四届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2004年
8 易当祥;吕国志;沈玲玲;;多级路况下车载无人机疲劳载荷仿真[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
9 钱正祥;金继才;杨鹭怡;;未来局部战争中反无人机作战对策研究[A];探索创新交流--中国航空学会青年科技论坛文集[C];2004年
10 高鹏骐;晏磊;赵红颖;何定洲;;无人机遥感控制平台的设计与实现[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
相关重要报纸文章 前10条
1 洪山;法国、德国和西班牙签约共同研发三国无人机系统[N];中国航空报;2007年
2 崔玺康;对抗无人机所面临的新挑战[N];中国航空报;2007年
3 林英;无人机将进入现代化农业领域[N];光明日报;2007年
4 本报记者 陈永杰 马佳;中国无人机亮相:战争“零伤亡”将实现[N];北京科技报;2008年
5 祖茜枫;“综合者”:携带小导弹的小无人机[N];中国国防报;2008年
6 王磊;印度期望打造强大无人机部队[N];学习时报;2009年
7 李荔;无人机“俯瞰”黄河灾情[N];北京科技报;2011年
8 本报记者 宋斌斌;我国无人机应用高端化趋势明显[N];中国工业报;2011年
9 吴飞;反恐十年无人机扶摇直上[N];中国航空报;2011年
10 司古;美无人机遭神秘病毒入侵[N];国防时报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 刘洋;动态环境中的无人机路径规划研究[D];西北工业大学;2015年
2 高九州;无人机自主着陆控制[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年
3 杨永明;无人机遥感系统数据获取与处理关键技术研究[D];昆明理工大学;2016年
4 孙小雷;基于多阶段航迹预测的无人机任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 陈岩;蚁群优化理论在无人机战术控制中的应用研究[D];国防科学技术大学;2007年
6 林林;基于协同机制的多无人机任务规划研究[D];北京邮电大学;2013年
7 刘春阳;无人机隐身技术若干问题研究[D];西安电子科技大学;2012年
8 王小刚;非线性滤波方法在无人机相对导航上的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 黄国勇;变推力轴线无人机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 郑维刚;基于无人机红外影像技术的配电网巡检系统研究[D];沈阳农业大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 赵敏;分布式多类型无人机协同任务分配研究及仿真[D];南京理工大学;2009年
2 刘志花;无人机故障预测与健康管理技术研究[D];北京化工大学;2010年
3 刘爱兵;可变形无人机设计[D];南京航空航天大学;2009年
4 易姝姝;无人机飞行场景及数据的可视化仿真与实现[D];电子科技大学;2010年
5 张佳璐;无人机项目综合评价研究[D];北京邮电大学;2011年
6 赵志鸿;某型无人机双发火箭助推发射动力学建模与仿真研究[D];南京理工大学;2007年
7 李建华;某无人机发射系统技术研究[D];南京理工大学;2008年
8 戴世通;无人机飞行可视化仿真系统设计[D];西安理工大学;2008年
9 曹攀峰;敌对与非敌对环境下无人机群的协同搜索路径与策略研究[D];复旦大学;2010年
10 张锡宪;无人机测控中数据传输系统设计与实现[D];电子科技大学;2009年
,本文编号:1672086
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/1672086.html