基于STM32的微型无人机飞行控制器研究
发布时间：2021-06-24 11:03
微型四旋翼无人机伴随着“微制造技术”的不断成熟,逐渐成为军事和民用领域的“新宠”。它具有结构简单、消耗资源少、对环境要求低等特性,市场前景广阔。但与此同时,四旋翼无人机作为一种非线性、高度耦合、多输入多输出又欠驱动的复杂系统,其控制问题成为了国内外无人机研究工作的难点。本文在成功构建微型四旋翼无人机飞行平台的基础上,设计了基于STM32的飞行控制器,重点研究了四旋翼无人机姿态控制算法和导航控制算法,最终分别通过实验验证了算法的可行性与实用性,达到了人工控制条件下使四旋翼无人机稳定飞行的目的。具体研究方法如下:首先,查阅相关资料,分析课题的研究背景与意义,着重从各国的技术研发投入角度梳理出国内外无人机及飞行控制器的研究现状,深入研究了微型四旋翼无人机的飞行控制原理,概括出飞行控制系统的工作流程和总体设计要求及目标,根据结构框图进行了元器件的选型,完成了软硬件及控制器主板电路的设计。其次,以所建立的微型四旋翼无人机数学模型为基础,进行姿态控制算法和导航控制算法的研究。学习掌握了PID控制算法、串级PID控制等相关理论知识,结合四旋翼无人机动力学线性模型和飞行平台相应参数求取各通道的传递函数...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
014-2020年全球民用无人机市场规模统计及预测
图 1-1 2014-2020 年全球民用无人机市场规模统计及预测近年来，国内也十分注重无人机产业方面的投入，特别是 2015 年以后，全球无人机市场规模进一步扩大，激烈的竞争态势下，中国无人机行业得到了迅速发展，无人机技术得到了稳步提高，牢牢抓住了世界民用无人机销售领域的相当一部分市场份额[6]，国内民用无人机市场规模的现状及未来发展趋势，如图 1-2 所示。
图 1-5 AP50 飞行控制系统 图 1-6 GEMINI 双余度飞行控制器1.3 课题主要研究内容及结构安排本论文以微型四旋翼无人机作为试验研究平台，重点针对其飞行控制系统中的飞行控制器部分进行分析研究，完成了飞行控制系统的软硬件设计与调试；结合四旋翼的动力学特点进行了基于串级PID的控制律设计；研究了组合导航算法，并提出将UKF应用于基于四旋翼无人机的组合导航系统；最后进行了调试与试飞。论文共包括六个章节，具体内容如下：第一章 绪论。分析了课题的研究背景及意义，结合相关资料总结归纳出四旋翼无人机及其飞行控制器的研究现状，总结了论文的结构安排和论文中提到的关键技术。第二章 无人机飞行控制原理及控制系统设计。本章依次介绍了四旋翼无人机飞行控制原理和飞行控制系统硬件设计、软件设计。第三章 四旋翼无人机控制算法设计。建立了无人机的动态数学模型，并在此基础上进行了控制律的设计与仿真。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能化在无人机上的应用前景[J]. 张生强. 中国安防. 2017(05)
[2]抗风能力无人机飞行稳定性控制模型仿真研究[J]. 张志利. 计算机仿真. 2017(02)
[3]基于PID和LQR的四旋翼无人机控制系统研究[J]. 马敏,许中冲,常辰飞,薛倩. 测控技术. 2016(10)
[4]ST和ARM推动中国技术创新和人才培养[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(03)
[5]基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划[J]. 陈鹏震,吴怀宇,陈洋. 高技术通讯. 2016(02)
[6]无人机全球专利态势分析[J]. 褚鹏蛟,臧春喜,王强,向耿. 国防科技. 2015(05)
[7]改进的UKF在SINS/GPS/地磁组合导航中的应用[J]. 朱龙永,华宇宁,李东辉,郝永平. 成组技术与生产现代化. 2015(03)
[8]四旋翼无人飞行器双闭环PID控制器设计[J]. 贺翔,陈奕梅,郭建川,修春波. 制造业自动化. 2015(18)
[9]世界微小型无人机最新发展应用概览[J]. 贺欢. 中国安防. 2015(15)
[10]组合导航系统在四旋翼无人机上的实现[J]. 黄建,胡越黎,杨文荣,冉峰. 电子技术应用. 2015(05)
博士论文
[1]面向四旋翼无人机的非线性控制方法与实现[D]. 李辰.浙江大学 2017
[2]多旋翼无人机的姿态与导航信息融合算法研究[D]. 张欣.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]MEMS-SINS/GPS组合导航关键技术研究[D]. 崔留争.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
硕士论文
[1]多旋翼无人机电机驱动系统设计及故障分析[D]. 何帅.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于STM32F427的植保无人机的设计与实现[D]. 黄枭.西南科技大学 2016
[3]基于串级PID控制算法的四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 乌仁别丽克.东华大学 2016
[4]微型四旋翼飞行器控制方法研究及控制器设计[D]. 赵金亮.辽宁工业大学 2016
[5]室内环境下四旋翼无人机飞行控制技术研究[D]. 王洪林.南京航空航天大学 2016
[6]基于S0PC的微型无人机飞行控制系统设计与实现[D]. 翁新武.长春工业大学 2015
[7]GPS/SINS组合导航数据融合算法研究[D]. 张潮.郑州大学 2015
[8]四旋翼无人机自主控制系统设计[D]. 冯旭光.内蒙古科技大学 2014
[9]四旋翼无人机飞控系统设计与研究[D]. 陈新泉.南昌航空大学 2014
[10]基于STM32的荧光分析仪的软件设计[D]. 曹明勤.杭州电子科技大学 2014
本文编号：3246974
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
014-2020年全球民用无人机市场规模统计及预测
图 1-1 2014-2020 年全球民用无人机市场规模统计及预测近年来，国内也十分注重无人机产业方面的投入，特别是 2015 年以后，全球无人机市场规模进一步扩大，激烈的竞争态势下，中国无人机行业得到了迅速发展，无人机技术得到了稳步提高，牢牢抓住了世界民用无人机销售领域的相当一部分市场份额[6]，国内民用无人机市场规模的现状及未来发展趋势，如图 1-2 所示。
图 1-5 AP50 飞行控制系统 图 1-6 GEMINI 双余度飞行控制器1.3 课题主要研究内容及结构安排本论文以微型四旋翼无人机作为试验研究平台，重点针对其飞行控制系统中的飞行控制器部分进行分析研究，完成了飞行控制系统的软硬件设计与调试；结合四旋翼的动力学特点进行了基于串级PID的控制律设计；研究了组合导航算法，并提出将UKF应用于基于四旋翼无人机的组合导航系统；最后进行了调试与试飞。论文共包括六个章节，具体内容如下：第一章 绪论。分析了课题的研究背景及意义，结合相关资料总结归纳出四旋翼无人机及其飞行控制器的研究现状，总结了论文的结构安排和论文中提到的关键技术。第二章 无人机飞行控制原理及控制系统设计。本章依次介绍了四旋翼无人机飞行控制原理和飞行控制系统硬件设计、软件设计。第三章 四旋翼无人机控制算法设计。建立了无人机的动态数学模型，并在此基础上进行了控制律的设计与仿真。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能化在无人机上的应用前景[J]. 张生强. 中国安防. 2017(05)
[2]抗风能力无人机飞行稳定性控制模型仿真研究[J]. 张志利. 计算机仿真. 2017(02)
[3]基于PID和LQR的四旋翼无人机控制系统研究[J]. 马敏,许中冲,常辰飞,薛倩. 测控技术. 2016(10)
[4]ST和ARM推动中国技术创新和人才培养[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(03)
[5]基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划[J]. 陈鹏震,吴怀宇,陈洋. 高技术通讯. 2016(02)
[6]无人机全球专利态势分析[J]. 褚鹏蛟,臧春喜,王强,向耿. 国防科技. 2015(05)
[7]改进的UKF在SINS/GPS/地磁组合导航中的应用[J]. 朱龙永,华宇宁,李东辉,郝永平. 成组技术与生产现代化. 2015(03)
[8]四旋翼无人飞行器双闭环PID控制器设计[J]. 贺翔,陈奕梅,郭建川,修春波. 制造业自动化. 2015(18)
[9]世界微小型无人机最新发展应用概览[J]. 贺欢. 中国安防. 2015(15)
[10]组合导航系统在四旋翼无人机上的实现[J]. 黄建,胡越黎,杨文荣,冉峰. 电子技术应用. 2015(05)
博士论文
[1]面向四旋翼无人机的非线性控制方法与实现[D]. 李辰.浙江大学 2017
[2]多旋翼无人机的姿态与导航信息融合算法研究[D]. 张欣.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]MEMS-SINS/GPS组合导航关键技术研究[D]. 崔留争.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
硕士论文
[1]多旋翼无人机电机驱动系统设计及故障分析[D]. 何帅.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于STM32F427的植保无人机的设计与实现[D]. 黄枭.西南科技大学 2016
[3]基于串级PID控制算法的四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 乌仁别丽克.东华大学 2016
[4]微型四旋翼飞行器控制方法研究及控制器设计[D]. 赵金亮.辽宁工业大学 2016
[5]室内环境下四旋翼无人机飞行控制技术研究[D]. 王洪林.南京航空航天大学 2016
[6]基于S0PC的微型无人机飞行控制系统设计与实现[D]. 翁新武.长春工业大学 2015
[7]GPS/SINS组合导航数据融合算法研究[D]. 张潮.郑州大学 2015
[8]四旋翼无人机自主控制系统设计[D]. 冯旭光.内蒙古科技大学 2014
[9]四旋翼无人机飞控系统设计与研究[D]. 陈新泉.南昌航空大学 2014
[10]基于STM32的荧光分析仪的软件设计[D]. 曹明勤.杭州电子科技大学 2014
本文编号：3246974
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