基于主从ARM的多旋翼无人机飞行控制系统设计

发布时间：2017-04-03 12:01

  本文关键词：基于主从ARM的多旋翼无人机飞行控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：小型六旋翼无人机以其灵活简便的操控性、优越的低速飞行性能和简单的机体机构等优点而逐渐引起众多学术科研机构和公司的关注,并迅速成为无人机领域的研究热点。本文选取的研究对象为小型六旋翼无人机,以具有室外低速巡航和定点悬浮能力为设计要求来展开研究,自行搭建了六旋翼无人机的飞行控制平台,设计并制作了小型六旋翼无人机控制系统。 首先,根据无人机要实现自主飞行的要求,设计了能搭载在无人机上的硬件电路系统。根据模块化设计的思想,将硬件电路分成多个功能模块并分别放在主从两块控制板上实现。该系统主要包括电源模块、光耦隔离模块、无线通信模块和系统所需要的传感器等模块。 其次,针对六旋翼无人机的机械结构对其进行力学分析,得到其数学模型并对六旋翼无人机进行控制器的设计。考虑到在实际的飞行过程中飞行器会收到来自外部扰乱的影响,在传统PID控制器设计的基础上讨论和设计了基于扰动的PID控制器。 再次,详细介绍了六旋翼无人机飞行控制系统的软件设计,包括系统软件、数据采集和控制算法的流程图以及地面站系统。给出了主从控制器软件的流程、数据采集和控制算法的实现过程,并介绍了地面站系统的功能。 最后,通过大量的室外飞行实验来调整控制器参数得到了最适合的参数,实现了飞行器的稳定飞行。对飞行器的实际飞行数据做了分析,从实际的飞行效果来看,飞行控制系统稳定,达到了预期的效果。
【关键词】：六旋翼 姿态控制 PID 扰动观测器 飞行控制系统
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V279;V249.1
【目录】：

• 目录3-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题研究背景7
• 1.2 研究历史7-11
• 1.3 国内外的研究现状11-13
• 1.4 本文的组织结构13-14
• 第二章 硬件平台搭建14-29
• 2.1 无人机的整体构架14-15
• 2.2 微处理器15-16
• 2.3 主控制板设计16-20
• 2.3.1 气压计模块16-18
• 2.3.2 地磁计模块18-19
• 2.3.3 全球定位系统(GPS)模块19
• 2.3.4 无线传输模块19-20
• 2.4 从控制板设计20-27
• 2.4.1 系统供电方案20-21
• 2.4.2 微处理器外部电源设计21-22
• 2.4.3 陀螺仪模块22-24
• 2.4.4 加速度计模块24
• 2.4.5 数据存储模块设计24-26
• 2.4.6 PWM信号隔离电路26-27
• 2.4.7 JTAG调试下载电路27
• 2.5 PCB布局及抗干扰设计27-28
• 2.6 本章总结28-29
• 第三章 数学建模及控制器的设计29-47
• 3.1 六旋翼无人机的构成及飞行原理29-31
• 3.2 六旋翼无人机数学建模31-39
• 3.2.1 直流无刷电机数学模型31-32
• 3.2.2 动力学方程的建立32-39
• 3.3 传统PID控制器设计39-42
• 3.3.1 PID控制器的原理39-40
• 3.3.2 基于PID控制算法的控制器设计40-42
• 3.4 基于扰动的PID控制器设计42-46
• 3.4.1 扰动观测器的基本原理42-44
• 3.4.2 基于扰动观测器PID控制器的设计44-46
• 3.5 本章总结46-47
• 第四章 软件平台搭建47-54
• 4.1 六旋翼飞行器控制系统软件设计47-49
• 4.1.1 飞行控制系统软件总体架构47-48
• 4.1.2 飞行控制系统软件总体流程图48-49
• 4.2 数据采集流程图49-51
• 4.3 控制算法流程图51-52
• 4.4 地面站系统52-53
• 4.5 本章总结53-54
• 第五章 仿真及实验结果54-60
• 5.1 仿真54-58
• 5.2 实验58-59
• 5.3 本章总结59-60
• 第六章 总结60-61
• 参考文献61-65
• 作者简介65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张振;都基焱;叶纯;;小型无人机三轴飞行仿真转台设计[J];兵工自动化;2013年11期

  本文关键词：基于主从ARM的多旋翼无人机飞行控制系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：284259