四旋翼飞行器系统设计与姿态控制研究
发布时间：2020-12-16 05:22
近十年来,四旋翼飞行器因其结构简单、易于操控和姿态变换灵活等优点逐步被应用到各个领域而进入人们的视野。其中,稳定、可靠的飞行控制算法对保障飞行器的安全飞行意义重大。为此,本文基于模糊姿态控制算法,利用Padé逼近对其进行优化研究。根据本文选取的四旋翼飞行器的控制方式,对其进行动力学建模并得到数学模型;针对四旋翼飞行器控制系统,设计了飞控硬件系统的基本模块和接口,利用巴特沃斯滤波器对传感器数据进行滤波,以期提高姿态解算精度,运用四元数微分方程的姿态解算算法,获得准确的姿态信息;针对FLC姿态控制算法引入大量的计算复杂度和在少数情况下不稳定的问题,首次将FPC算法引入四旋翼飞行器姿态控制系统中,根据FLC中模糊规则制定模糊单一规则,利用最小二乘法确定Padé逼近中的未知参数得到FPC,通过系统仿真实现了四旋翼飞行器姿态的稳定控制。仿真结果表明,针对多变量、欠驱动、强耦合的非线性四旋翼飞行器控制系统,FPC姿态控制算法与FLC控制算法相比,在其他各个性能略优的前提下,FPC的计算用时比FLC快50倍左右;从实验结果分析,所设计的传感器模块、滤波器和姿态计算算法能准确反映飞行器的姿态信息;针对...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四旋翼飞行器受力示意图
图 3-3 传感器模块原理图传感器模块外围电路如图 3-3 所示，IMU 由四大模块组成。设计思路如下：为减小数字脉冲信号产生的波纹对模拟信号采集的影响，将数字信号电源（LP3）和模拟信号电源（LP4）分离；为提高模块的接口（P3）利用率，在保证传感器正常工作的情况下，通过一个 IIC 总线实现对不同地址的传感器（MPU6050、MAG3110 和 SPL06）读写操作。3.1.3 通信模块通信模块的功能是接收遥控器指令，并实现飞行器和上位机之间数据的实时交互。因此，要求通信模块具有双向通信能力。本设计通信模块分为两部分：接收机和 Zigbee。选用的遥控器是通过 PPM（Pulse Position Modulation）指令发送脉宽信号，其只能单向发送遥控指令信号，不能接收飞控发送过来的数据。接收机将接收到的 PPM 信号发
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文5 实验与分析为验证第三章和第四章所设计的模块和算法的可行性。本章首先介绍了设计的行器实验平台，并进行姿态解算实验，对实验结果进行分析验证传感器模块和算法的合理性；其次针对 FLC 算法进行优化的得到的 FPC 姿态控制器进行实实验结果进行分析。 实验平台介绍本文通过吸收借鉴 PX4、MWC 等其他飞控开源项目的软硬件资源，搭建四旋平台，根据第三章硬件设计框图，其对应主要模块实物如图 5-1。
本文编号：2919609
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四旋翼飞行器受力示意图
图 3-3 传感器模块原理图传感器模块外围电路如图 3-3 所示，IMU 由四大模块组成。设计思路如下：为减小数字脉冲信号产生的波纹对模拟信号采集的影响，将数字信号电源（LP3）和模拟信号电源（LP4）分离；为提高模块的接口（P3）利用率，在保证传感器正常工作的情况下，通过一个 IIC 总线实现对不同地址的传感器（MPU6050、MAG3110 和 SPL06）读写操作。3.1.3 通信模块通信模块的功能是接收遥控器指令，并实现飞行器和上位机之间数据的实时交互。因此，要求通信模块具有双向通信能力。本设计通信模块分为两部分：接收机和 Zigbee。选用的遥控器是通过 PPM（Pulse Position Modulation）指令发送脉宽信号，其只能单向发送遥控指令信号，不能接收飞控发送过来的数据。接收机将接收到的 PPM 信号发
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文5 实验与分析为验证第三章和第四章所设计的模块和算法的可行性。本章首先介绍了设计的行器实验平台，并进行姿态解算实验，对实验结果进行分析验证传感器模块和算法的合理性；其次针对 FLC 算法进行优化的得到的 FPC 姿态控制器进行实实验结果进行分析。 实验平台介绍本文通过吸收借鉴 PX4、MWC 等其他飞控开源项目的软硬件资源，搭建四旋平台，根据第三章硬件设计框图，其对应主要模块实物如图 5-1。
本文编号：2919609
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