基于MEMS的旋翼无人机控制系统的研究

发布时间：2020-04-20 11:46

【摘要】：多旋翼无人机在民事领域和军事领域得到了广泛的应用,发挥着极其重要的作用,已经具备垂直起降、定点悬停以及自主规划航路等智能功能。多旋翼无人机的飞行姿态准确检测是进行精确控制的前提,也决定着多旋翼飞行器完成任务的质量。多个传感器独立检测进行位姿校正的精度较差,特别是在复杂环境下,检测误差很大,检测结果无法使用,提高无人机的飞行姿态的检测精度对于无人机的精确控制尤为重要。多旋翼无人机系统是一种经典的具有多变量、欠驱动、时变等相关特性,且具有强耦合、高鲁棒性等一些特点。伴随着无人机应用范围越来越广,对无人机控制系统在复杂环境下的飞行也提出了非常严格的要求,因此,提高对无人机控制精度具有着重要的理论意义和实践价值。本文基于MEMS传感器对多旋翼无人机控制系统进行研究,主要研究工作如下:1、进行飞行实验平台的搭建,为航行姿态测量和飞行控制的研究提供了基础。针对多旋翼无人机MEMS传感器进行数据采集与校准方法研究,实时采集各传感器数据,分析无人机飞行控制系统中数据采集原理,实现了信息的采集与分析。2、进行动力学建模,通过定义飞行器坐标系,使用欧拉角的定轴转动表示方向余弦矩阵,通过引入四元数解决了欧拉角的万向锁问题,对滤波算法进行分析,利用DMP进行姿态数据获取并解算出无人机载体的姿态、位置、速率信息。3、分析比对PID经典控制器与模糊自适应PID控制算法,得出模糊自适应PID控制算法微分部分易受到噪声扰动,所以对微分部分进行优化加入一阶滤波器后进行MATLAB仿真。然后设计串级PID无人机控制系统,完成姿态控制的实验并进行MATLAB仿真实验。4、完成室内悬停飞行实验和室外悬停飞行实验。实验结果表明,该多旋翼无人机飞行姿态控制精度显著提高,对多旋翼无人机飞行控制技术的深入研究和发展,在推动相关产业的发展、创造经济效益和加强国防建设等方面,具有重要的理论价值和现实意义。
【图文】：

天津职业技术师范大学硕士学位论文第二章 实验平台搭建与 MEMS 传感器数据采集实验平台搭建翼无人机主要有机体、控制系统、动力系统以及外部挂载设备组成。由较广，导致其在结构上会有一定的差异。本节以研究目的出发，对无人进行介绍。翼无人机主体翼无人机机体主要有机架和起落架构成。如图 2-1 为 S500 碳纤维机架

图 2-2 地面控制终端飞行控制器为无人机的核心控制单元，主要负责无人机的姿态计算与控制，并可以相应的外设搭配起来使用，，完成特定的功能。飞行控制系统为本文主要研究内容，后续对其进行细致分析研究[26]。2.1.3 动力系统（1）驱动系统多旋翼无人机动力系统包括电机、电子调速器、螺旋桨。本实验方案选大疆创新 E3动力套装并选择与之搭配的 DJI9450 碳纤螺旋桨[47]。DJIE305 多旋翼动力系统为轴距 33350mm 的多旋翼飞行器量身设计。从方波驱动到正弦驱动系统的革命性创新，为飞行台提供前所未有的效率、机动性和稳定性，驱动系统如图 2-3。
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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本文编号：2634507