环境监测四旋翼飞行器的设计
发布时间：2020-12-20 13:45
环境空气污染问题,不仅影响着人类的身体健康,而且对经济的发展产生严重的制约作用。因此,实时的了解大气环境中不同气体的浓度具有重要的意义。然而,传统的监测技术主要依靠在固定地点设立监测站,这种监测方式监测范围小、灵活性低、价格高、无法满足人们的需求。本文设计一种环境监测型四旋翼飞行器,它以四旋翼飞行器为载体,能够实现对火灾地震现场和其它危险系数较高地区的空气质量进行实时监测。该装置监测范围广、抗干扰能力强、成本低、操控性能好,很好的弥补了传统监测方式的不足。设计的内容如下:首先,根据环境监测四旋翼飞行器的功能需求进行总体方案设计,包括设计目标、系统总体结构、各个模块设计以及达到设计和需求要进行的系统控制方案设计。其次,根据四旋翼飞行器的飞行原理和结构特性建立地面坐标系和机体坐标系,由此得出转换矩阵。在此基础上,利用Newton-Euler方程对飞行器进行建模,得出数学模型。根据所建立的模型,对其分别基于PID和基于Backstepping进行控制器的设计,并分别用这两个控制器对四旋翼飞行器的姿态角进行控制,从而选择性能更优越的控制器。然后,把环境监测四旋翼飞行器划分成两个模块,四旋翼飞行...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RC公司Draganflyer
国内外飞行器研究团队如雨后春笋般的涌现出来，飞行器逐渐走进了人们的视野。它良好的飞行性能，军用甚至民用方面获得广泛使用，使研究者看到多轴飞行器的无限的发展空间。(1)国外研究现状Draganflyer 飞行器是美国的 RC 公司设计的一种典型的遥控型四旋翼飞行器，如图 1-1 所示。该系列的四旋翼飞行器配置了遥控器，通过对遥控器的操控，可以使飞行器实现悬停，起落，偏航等运动，同时还对飞行器配备了摄像头来完成飞行器航拍等工作。最近几年，该公司又发布了发布的 DraganflyeⅢ新型无人飞行器，如图 1-2 所示。相比于前几代无人机，该无人机目标性更为明确，它主要应用于航空视频和图片的拍摄。该飞行器首先在结构上进行了创新，它首次进行了多桨共轴的设计理念，并在同轴的两端分别上安装无刷电机，独创的结构性设计使飞行器运动性能，增加了悬停拍摄时的稳定性。目前，Draganflyer 系列的飞行器已经被国内外学者当作四旋翼飞行器的典型来进行研究[17-18]。
图 1-3AR.Drone 四旋翼飞行器Fig.1-3 AR.Drone of Four rotor aircraftR&D 实验室开发研制了一款名为 Prime A所示。该四旋翼飞行器可以取代快递运输上运输的货物，对消费者购买物品进行配实现飞行，卸货，返航等功能，很好的图 1-4 Prime Air 四旋翼飞行器Fig.1-4 Prime Air of Four rotor aircraft
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无人机的大气环境监测系统设计与实现[J]. 吴昊. 信息通信. 2016(09)
[2]2014中国环境状况公报发布[J]. 本刊编辑部. 中国能源. 2015(08)
[3]一种PM2.5辅助监测系统的设计与实现[J]. 赵丙辰,黄俊英,刘银龙. 环境工程. 2015(05)
[4]我国工业废气排放强度变化的分解分析[J]. 战文娟,Ruokun Liu. 当代经济. 2014(17)
[5]一种基于Arduino的智能家居控制系统[J]. 崔阳,张维华,白云峰. 电子技术应用. 2014(04)
[6]基于改进遗传算法的四旋翼无人机参数辨识[J]. 曾玉龙,赵龙,周建华. 应用科技. 2014(01)
[7]基于无人机遥感技术的环境监测研究进展[J]. 谢涛,刘锐,胡秋红,姚新. 环境科技. 2013(04)
[8]四旋翼飞行器建模及位置跟踪控制(英文)[J]. 王红雨,赵健康,郁文贤,田蔚风. 中国惯性技术学报. 2012(04)
[9]四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J]. 李俊,李运堂. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(01)
[10]基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J]. 李世奇,董浩斌,李荣生. 测控技术. 2011(12)
硕士论文
[1]基于小型四旋翼无人机的大气环境参数获取系统研发[D]. 张天毅.石河子大学 2017
[2]四旋翼飞行器的跟踪控制研究[D]. 张冲.哈尔滨理工大学 2017
[3]四旋翼飞行器抗风控制研究[D]. 吴瀚文.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于四旋翼飞行器的环境空气检测装置的研究与设计[D]. 闫粉粉.天津理工大学 2016
[5]四旋翼直升机控制系统设计与实现[D]. 张浩然.哈尔滨理工大学 2014
[6]小型多旋翼无人机飞行控制器研究[D]. 李旭阳.西安电子科技大学 2014
[7]基于SIM908的无人机空气质量监测系统设计与研究[D]. 郭坚.天津大学 2014
[8]基于线性二次调节器的四旋翼飞行器控制系统的设计与研究[D]. 丛梦苑.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：2927970
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RC公司Draganflyer
国内外飞行器研究团队如雨后春笋般的涌现出来，飞行器逐渐走进了人们的视野。它良好的飞行性能，军用甚至民用方面获得广泛使用，使研究者看到多轴飞行器的无限的发展空间。(1)国外研究现状Draganflyer 飞行器是美国的 RC 公司设计的一种典型的遥控型四旋翼飞行器，如图 1-1 所示。该系列的四旋翼飞行器配置了遥控器，通过对遥控器的操控，可以使飞行器实现悬停，起落，偏航等运动，同时还对飞行器配备了摄像头来完成飞行器航拍等工作。最近几年，该公司又发布了发布的 DraganflyeⅢ新型无人飞行器，如图 1-2 所示。相比于前几代无人机，该无人机目标性更为明确，它主要应用于航空视频和图片的拍摄。该飞行器首先在结构上进行了创新，它首次进行了多桨共轴的设计理念，并在同轴的两端分别上安装无刷电机，独创的结构性设计使飞行器运动性能，增加了悬停拍摄时的稳定性。目前，Draganflyer 系列的飞行器已经被国内外学者当作四旋翼飞行器的典型来进行研究[17-18]。
图 1-3AR.Drone 四旋翼飞行器Fig.1-3 AR.Drone of Four rotor aircraftR&D 实验室开发研制了一款名为 Prime A所示。该四旋翼飞行器可以取代快递运输上运输的货物，对消费者购买物品进行配实现飞行，卸货，返航等功能，很好的图 1-4 Prime Air 四旋翼飞行器Fig.1-4 Prime Air of Four rotor aircraft
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无人机的大气环境监测系统设计与实现[J]. 吴昊. 信息通信. 2016(09)
[2]2014中国环境状况公报发布[J]. 本刊编辑部. 中国能源. 2015(08)
[3]一种PM2.5辅助监测系统的设计与实现[J]. 赵丙辰,黄俊英,刘银龙. 环境工程. 2015(05)
[4]我国工业废气排放强度变化的分解分析[J]. 战文娟,Ruokun Liu. 当代经济. 2014(17)
[5]一种基于Arduino的智能家居控制系统[J]. 崔阳,张维华,白云峰. 电子技术应用. 2014(04)
[6]基于改进遗传算法的四旋翼无人机参数辨识[J]. 曾玉龙,赵龙,周建华. 应用科技. 2014(01)
[7]基于无人机遥感技术的环境监测研究进展[J]. 谢涛,刘锐,胡秋红,姚新. 环境科技. 2013(04)
[8]四旋翼飞行器建模及位置跟踪控制(英文)[J]. 王红雨,赵健康,郁文贤,田蔚风. 中国惯性技术学报. 2012(04)
[9]四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J]. 李俊,李运堂. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(01)
[10]基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J]. 李世奇,董浩斌,李荣生. 测控技术. 2011(12)
硕士论文
[1]基于小型四旋翼无人机的大气环境参数获取系统研发[D]. 张天毅.石河子大学 2017
[2]四旋翼飞行器的跟踪控制研究[D]. 张冲.哈尔滨理工大学 2017
[3]四旋翼飞行器抗风控制研究[D]. 吴瀚文.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于四旋翼飞行器的环境空气检测装置的研究与设计[D]. 闫粉粉.天津理工大学 2016
[5]四旋翼直升机控制系统设计与实现[D]. 张浩然.哈尔滨理工大学 2014
[6]小型多旋翼无人机飞行控制器研究[D]. 李旭阳.西安电子科技大学 2014
[7]基于SIM908的无人机空气质量监测系统设计与研究[D]. 郭坚.天津大学 2014
[8]基于线性二次调节器的四旋翼飞行器控制系统的设计与研究[D]. 丛梦苑.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：2927970
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