六旋翼无人机飞行控制系统设计

发布时间：2020-05-29 09:47

【摘要】：旋翼机以其灵活的机动性,低廉的成本,简单可靠的机械结构、出色的悬停特性在商业和军事领域发挥着重要作用。未来,旋翼机将在快递、测绘、抢险救灾、公安、消防以及农业领域扮演越来越重要的角色,与此同时对旋翼机的稳定性和可靠性也提出更高的要求。相比四旋翼,六旋翼在保证可靠性的同时能提供更好的鲁棒性,甚至可以在单个电机停机的情况下实现稳定降落。六旋翼无人机本质上是一个不稳定的系统,因此六旋翼无人机上搭载的飞控系统的性能,很大程度决定着六旋翼无人机的稳定性。本文针对六旋翼无人机,设计了一款飞控系统,实现了六旋翼无人机的稳定飞行。主要做了以下几个方面的工作:首先针对六旋翼无人机进行数学建模。根据叶素理论,对六旋翼无人机所用的定矩螺旋桨进行建模。介绍六旋翼无人机所用的电机类型及工作原理,并对电机进行建模。之后结合螺旋桨模型以及电机模型,对六旋翼无人机系统进行整体建模,搭建仿真模型,并在后文中进行了仿真和实验验证。然后,在上述基础上设计了飞行控制器的底层硬件电路系统,利用MEMS传感器采集飞机的各个状态信息,根据各个传感器的特性进行数据融合,从而计算出旋翼机的各个状态。根据旋翼机结构以及计算出的旋翼机状态,给出PID控制律,算出修正量,发送给电机进行动力修正,从而实现飞行器的稳定飞行。最后,在硬件环境中实现上述内容,进行实验验证内外环PID参数对六旋翼飞行器稳定性的影响。分别针对俯仰通道,偏航通道,横滚通道进行测试实验以及飞行实验,试验结果显示六旋翼飞行器表现出了很好的稳定性和可靠性。
【图文】：

图 1.1 FW-61 照片机横向对称分布两个螺旋桨，机身采用流线造型，保，起落架为后三角式。该直升机在 1973 年首次实现了配尾桨的实用型无人机是美国科学家制造的VS-300并且运用于军队的是 VS-300 的改进型 VS-316，编号名观察员。二战中，R-4 被派往缅甸，担任过美军驻

图 1.1 FW-61 照片-61 直升机横向对称分布两个螺旋桨，机身采用流线造型，保留了固定翼飞方向舵，起落架为后三角式。该直升机在 1973 年首次实现了空中盘旋。架单旋翼配尾桨的实用型无人机是美国科学家制造的VS-300[5]，如图1.2所量生产并且运用于军队的是 VS-300 的改进型 VS-316，，编号 R-4。该机型员，一名观察员。二战中，R-4 被派往缅甸，担任过美军驻缅甸指挥官的
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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