变翼无人机飞控系统及姿态研究
发布时间：2021-08-09 22:08
伴随现代科技的飞速发展无人机的研究取得重大发展。在无人机中使用变后掠翼技术,能够在飞行中针对不同的飞行任务和飞行环境实时改变机翼后掠角,以提高不同飞行状态时的飞行效率。无人机在执行空中任务时易受到多种环境因素的影响,使飞行姿态受到干扰从而影响任务执行率。因此,如何从含有噪声的数据中获得高精度无人机姿态数据以及进行实时的姿态控制是至关重要的。目前,国内外研究的热点是通过捷联惯性导航系统技术来测量无人机姿态信息,该技术是对无人机姿态信息获取的一个重要手段。本课题的重点正是通过捷联惯性导航系统技术结合卡尔曼滤波算法来得到高精度的姿态信息。本课题在无人机上采用变后掠翼技术,主要是针对变翼无人机姿态相关问题进行研究,进而对变翼无人机相应的软件和硬件进行设计,同时对变翼无人机的切换控制系统进行了相关研究。本文首先对国内外变翼无人机的发展现状进行描述,然后对捷联惯导技术与测姿原理进行了详细的介绍。其中重点是对载体姿态解算方法进行研究,通过对欧拉角法、方向余弦法、四元数法这三种姿态解算方法进行对比分析,在欧拉角描述姿态时会出现奇异性问题,而方向余弦法计算量过大,于是采用基于四元数法结合四阶龙格库塔法求...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 变后掠翼技术国内外发展现状
1.2.1 变后掠翼技术国外发展现状
1.2.2 变后掠翼技术国内发展现状
1.3 变翼飞控系统研究现状
1.3.1 飞控系统发展现状
1.3.2 变翼飞控系统发展
1.4 论文主要内容及结构安排
1.4.1 论文研究内容
1.4.2 论文整体安排
第2章 捷联惯导技术与测姿原理
2.1 捷联惯导系统常用坐标系定义及坐标系转换关系
2.1.1 常用坐标系
2.1.2 坐标系间的变换关系
2.2 捷联惯导系统基本工作原理
2.3 载体姿态解算研究
2.3.1 欧拉角法
2.3.2 方向余弦法
2.3.3 四元数法
2.4 四元数姿态解算方法
2.5 磁力计和加速度计测姿原理
2.5.1 磁力计测姿原理
2.5.2 加速度计测姿原理
2.6 本章小结
第3章 卡尔曼滤波算法与切换控制系统
3.1 线性离散卡尔曼滤波
3.1.1 卡尔曼滤波基本方程
3.1.2 卡尔曼滤波递推公式
3.1.3 卡尔曼滤波工作原理
3.1.4 卡尔曼滤波器设计
3.2 基于卡尔曼滤波的组合测姿研究
3.2.1 状态过程建立
3.2.2 测量方程建立
3.2.3 滤波初值确定
3.2.4 卡尔曼滤波应用
3.3 切换控制系统
3.3.1 切换控制系统设计
3.3.2 切换控制系统稳定性
3.4 本章小结
第4章 变后掠翼无人机飞控系统硬件设计
4.1 控制对象的选择
4.2 飞行控制系统总框架设计
4.3 主控芯片选型及模块框图
4.4 航姿测量模块
4.4.1 惯性器件选型
4.4.2 惯性器件MPU-6050介绍
4.4.3 惯性器件MAG3110介绍
4.5 GPS导航模块
4.6 气压测高模块
4.7 执行机构系统
4.8 本章小结
第5章 变后掠翼无人机飞控系统软件设计
5.1 开发环境选择
5.2 IIC通信协议
5.3 航姿测量模块数据采集
5.3.1 MPU-6050数据采集
5.3.2 磁力计MAG3110数据采集
5.4 GPS导航数据采集
5.5 气压测高模块数据采集
5.6 执行机构系统软件设计
5.7 本章小结
第6章 多传感器组合测姿实验仿真
6.1 三轴飞行仿真平台简介
6.2 传感器数据误差补偿与滤波
6.2.1 陀螺仪数据误差补偿与滤波
6.2.2 加速度计数据误差补偿与滤波
6.2.3 磁力计数据误差补偿与滤波
6.3 多传感器组合测姿实验数据分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的捷联惯导系统现状[J]. 赵天贺,汪伟. 飞航导弹. 2017(10)
[2]捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究[J]. 周懿,汪小飞,田永锋,郑永梅. 计算机测量与控制. 2016(04)
[3]变体飞行器的切换LPV控制[J]. 何墉,章卫国,王敏文,史静平. 西北工业大学学报. 2015(05)
[4]变体飞行器链式平滑切换控制[J]. 王青,王通,董朝阳,江未来. 控制理论与应用. 2015(07)
[5]MPU9250传感器的姿态检测与数据融合[J]. 刘春阳,徐军领,程洪涛,王东方,薛玉君. 河南科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]柔性变后掠飞行器非定常气动特性数值研究[J]. 姚军锴,裘进浩,季宏丽,李大伟. 空气动力学学报. 2015(03)
[7]变体飞机典型状态横航向动特性及控制研究[J]. 苏新兵,周洲,冯浩洋,王旭. 计算机仿真. 2015(05)
[8]基于分叉理论的变体飞行器稳定性分析及控制器设计[J]. 吴志琪,董朝阳,贾臻. 沈阳航空航天大学学报. 2015(01)
[9]变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制[J]. 李伟明,孙瑞胜,白宏阳,刘鹏云. 系统工程与电子技术. 2015(02)
[10]基于递推最小二乘法的捷联惯导与里程计组合导航系统标定[J]. 罗强力,韩军海. 导弹与航天运载技术. 2014(01)
博士论文
[1]不对称变后掠翼飞行器多刚体建模与飞行控制[D]. 童磊.中国科学技术大学 2013
[2]GPS和捷联惯导组合导航新方法及系统误差补偿方案研究[D]. 韩松来.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]基于CFD的分布式变后掠翼身组合体气动研究[D]. 陈元恺.南昌航空大学 2015
[2]基于四元数和卡尔曼滤波的姿态角估计算法研究与应用[D]. 陈伟.燕山大学 2015
[3]变后掠飞行器变体过程的建模与飞行控制设计[D]. 郑曼曼.南京航空航天大学 2015
[4]基于MEMS的SINS和GPS/BDS组合导航系统的硬件平台设计[D]. 陈照锋.浙江大学 2015
[5]基于DSP可变体无人机气动仿真与飞控系统研究[D]. 邹利伟.南昌航空大学 2014
[6]新概念变形飞行器建模与飞行方案优化设计[D]. 高飞云.哈尔滨工业大学 2014
[7]基于MEMS的小型无人机飞控系统研究[D]. 雍斌.南京理工大学 2014
[8]捷联惯导/星光组合导航技术研究[D]. 秦洪卫.哈尔滨工业大学 2013
[9]MIMU/GPS/磁力计单兵系统组合导航技术研究[D]. 刘峰丽.哈尔滨工程大学 2013
[10]捷联惯性导航系统仿真平台[D]. 刘春雨.沈阳工业大学 2013
本文编号：3332885
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 变后掠翼技术国内外发展现状
1.2.1 变后掠翼技术国外发展现状
1.2.2 变后掠翼技术国内发展现状
1.3 变翼飞控系统研究现状
1.3.1 飞控系统发展现状
1.3.2 变翼飞控系统发展
1.4 论文主要内容及结构安排
1.4.1 论文研究内容
1.4.2 论文整体安排
第2章 捷联惯导技术与测姿原理
2.1 捷联惯导系统常用坐标系定义及坐标系转换关系
2.1.1 常用坐标系
2.1.2 坐标系间的变换关系
2.2 捷联惯导系统基本工作原理
2.3 载体姿态解算研究
2.3.1 欧拉角法
2.3.2 方向余弦法
2.3.3 四元数法
2.4 四元数姿态解算方法
2.5 磁力计和加速度计测姿原理
2.5.1 磁力计测姿原理
2.5.2 加速度计测姿原理
2.6 本章小结
第3章 卡尔曼滤波算法与切换控制系统
3.1 线性离散卡尔曼滤波
3.1.1 卡尔曼滤波基本方程
3.1.2 卡尔曼滤波递推公式
3.1.3 卡尔曼滤波工作原理
3.1.4 卡尔曼滤波器设计
3.2 基于卡尔曼滤波的组合测姿研究
3.2.1 状态过程建立
3.2.2 测量方程建立
3.2.3 滤波初值确定
3.2.4 卡尔曼滤波应用
3.3 切换控制系统
3.3.1 切换控制系统设计
3.3.2 切换控制系统稳定性
3.4 本章小结
第4章 变后掠翼无人机飞控系统硬件设计
4.1 控制对象的选择
4.2 飞行控制系统总框架设计
4.3 主控芯片选型及模块框图
4.4 航姿测量模块
4.4.1 惯性器件选型
4.4.2 惯性器件MPU-6050介绍
4.4.3 惯性器件MAG3110介绍
4.5 GPS导航模块
4.6 气压测高模块
4.7 执行机构系统
4.8 本章小结
第5章 变后掠翼无人机飞控系统软件设计
5.1 开发环境选择
5.2 IIC通信协议
5.3 航姿测量模块数据采集
5.3.1 MPU-6050数据采集
5.3.2 磁力计MAG3110数据采集
5.4 GPS导航数据采集
5.5 气压测高模块数据采集
5.6 执行机构系统软件设计
5.7 本章小结
第6章 多传感器组合测姿实验仿真
6.1 三轴飞行仿真平台简介
6.2 传感器数据误差补偿与滤波
6.2.1 陀螺仪数据误差补偿与滤波
6.2.2 加速度计数据误差补偿与滤波
6.2.3 磁力计数据误差补偿与滤波
6.3 多传感器组合测姿实验数据分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的捷联惯导系统现状[J]. 赵天贺,汪伟. 飞航导弹. 2017(10)
[2]捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究[J]. 周懿,汪小飞,田永锋,郑永梅. 计算机测量与控制. 2016(04)
[3]变体飞行器的切换LPV控制[J]. 何墉,章卫国,王敏文,史静平. 西北工业大学学报. 2015(05)
[4]变体飞行器链式平滑切换控制[J]. 王青,王通,董朝阳,江未来. 控制理论与应用. 2015(07)
[5]MPU9250传感器的姿态检测与数据融合[J]. 刘春阳,徐军领,程洪涛,王东方,薛玉君. 河南科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]柔性变后掠飞行器非定常气动特性数值研究[J]. 姚军锴,裘进浩,季宏丽,李大伟. 空气动力学学报. 2015(03)
[7]变体飞机典型状态横航向动特性及控制研究[J]. 苏新兵,周洲,冯浩洋,王旭. 计算机仿真. 2015(05)
[8]基于分叉理论的变体飞行器稳定性分析及控制器设计[J]. 吴志琪,董朝阳,贾臻. 沈阳航空航天大学学报. 2015(01)
[9]变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制[J]. 李伟明,孙瑞胜,白宏阳,刘鹏云. 系统工程与电子技术. 2015(02)
[10]基于递推最小二乘法的捷联惯导与里程计组合导航系统标定[J]. 罗强力,韩军海. 导弹与航天运载技术. 2014(01)
博士论文
[1]不对称变后掠翼飞行器多刚体建模与飞行控制[D]. 童磊.中国科学技术大学 2013
[2]GPS和捷联惯导组合导航新方法及系统误差补偿方案研究[D]. 韩松来.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]基于CFD的分布式变后掠翼身组合体气动研究[D]. 陈元恺.南昌航空大学 2015
[2]基于四元数和卡尔曼滤波的姿态角估计算法研究与应用[D]. 陈伟.燕山大学 2015
[3]变后掠飞行器变体过程的建模与飞行控制设计[D]. 郑曼曼.南京航空航天大学 2015
[4]基于MEMS的SINS和GPS/BDS组合导航系统的硬件平台设计[D]. 陈照锋.浙江大学 2015
[5]基于DSP可变体无人机气动仿真与飞控系统研究[D]. 邹利伟.南昌航空大学 2014
[6]新概念变形飞行器建模与飞行方案优化设计[D]. 高飞云.哈尔滨工业大学 2014
[7]基于MEMS的小型无人机飞控系统研究[D]. 雍斌.南京理工大学 2014
[8]捷联惯导/星光组合导航技术研究[D]. 秦洪卫.哈尔滨工业大学 2013
[9]MIMU/GPS/磁力计单兵系统组合导航技术研究[D]. 刘峰丽.哈尔滨工程大学 2013
[10]捷联惯性导航系统仿真平台[D]. 刘春雨.沈阳工业大学 2013
本文编号：3332885
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