无人机飞行稳定性控制研究

发布时间：2020-05-18 22:10

【摘要】：近几年四旋翼无人机在消费领域尤其是在航拍领域获得巨大的成功,从而使得四旋翼无人机进入大众的视野,此外四旋翼无人机在工业领域也逐渐有着越来越多的应用。四旋翼无人机在空中飞行时有六个方向的运动,分别为:垂直运动、前后运动、左右运动、俯仰运动、横滚运动、偏航运动,但是控制四翼无人机的输入量只有四个,即通过控制四个电机的转速来改变其姿态,所以它是欠驱动系统。由于电机转动带动螺旋桨旋转产生的升力与螺旋桨转速不成线性关系,因此它还是一个非线性系统,同时包含多种传感器数据的处理、姿态的解算,以及控制算法的优化等技术难点。此外四旋翼无人机在飞行过程中机体受到风的扰动,从而导致四旋翼无人机飞行稳定性的控制变得比较复杂。本论文采用STM32F407VET6芯片作为四旋翼无人机的主控制器,采用六轴运动传感器MPU6050,搭配三轴磁力计传感器AK8975构成九轴运动模块,通过陀螺仪、加速度计、磁力计传感器更为全面的采集四旋翼无人机姿态相关的数据。由于陀螺仪长时间的积分容易产生累积误差,因此通过互补滤波结合加速度计和磁力计来修正陀螺仪的角速度误差,并采用四元数法进行四旋翼无人机的姿态解算。在角度单环PID控制的基础上采用双环PID控制进一步控制无人机的角速度,使得四旋翼无人机的的稳定性有所提高。
【图文】：

状 器的研究最早可以追溯到 20 世纪初，1907导下，Breguet 兄弟制作出了第一架旋翼式plane No.1 旋翼机 1 号，，Breguet 兄弟制作出架在水平面以对称的十字交叉方式所组成了四对 8.1 米长的正反旋转螺旋桨，四对螺采用的是共轴反旋式结构，因此可以相互抵发动机油门，而旋翼需要地面人员辅助控制飞行试验，而最终的实验结果却并不理想，想为后来飞行器的设计提供了新的设计思了基本雏形。

次进入人们的视野。国外高校、研究机构和公司对是旋翼无人机的研究主要系现在控制、定位以及应用拓展。 2003 年夏季，Stanford Universit（y斯坦福大学）科研人员开始着手 STARMA（Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi-Agent Control）项目，STARMAC 是用来证明多智能体控制方案的一种平台，具有体积小、重量轻、并且强调降低成本。起初对 Draganflyer III 进行改装作为研究控制测试平台的自主飞行器，可实现在室内或室外安全自主飞行（如图所示）。在 2008 年，StanfoUniversity针对 STARMAC 项目重新开发出一款四旋翼无人飞行器具有更强的推动力和更快的计算能力，而且可以通过使用 WiFi 或蓝牙实现与地面站的通讯，定位准确，甚至在强大的冲击作用下也能恢复平衡。Nixie 是由 Stanford Universi研究员最新设计的一款可以穿戴微型四旋翼无人飞行器，也是世界上首款可穿戴无人机。Nixie 经折叠后可以戴在手腕上，展开后就变成了一架真正的四旋翼无人飞行器，可以实现飞行、航拍或视频。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;V249.1

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 廖卫中;宗群;马亚丽;;小型四旋翼无人机建模与有限时间控制[J];控制理论与应用;2015年10期

2 魏青铜;陈谋;吴庆宪;;输入饱和与姿态受限的四旋翼无人机反步姿态控制[J];控制理论与应用;2015年10期

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本文编号：2670382