无人机自动驾驶仪设计及控制方法研究

发布时间：2017-05-18 20:03

  本文关键词：无人机自动驾驶仪设计及控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 无人机是一种由动力驱动、无人驾驶、可重复使用航空器的简称。由于其低廉的成本、重量轻、体积小、适应性强和灵活机动的特点,在军事和国民经济的各个领域得到了越来越广泛的应用,受到了全世界各个国家的高度重视。自动驾驶仪作为无人机飞行控制系统的核心,将是无人机研究中的关键所在。 本文在分析无人机自动驾驶仪飞行控制原理和系统构成的基础上,设计并实现了一种基于ARM处理器的无人机自动驾驶仪飞行控制器。在项目整个系统构成下,对飞行参数采集所需传感器模块进行了选型;根据采集模块的需求和系统的任务要求,分别完成了惯性测量单元模块、AD信号采集模块、压力传感器模块、UART以及SPI串行信号通讯模块、PWM波形产生模块、JTAG调试模块等设计,进行了各传感器模块的应用测试;设计了无人机遥控和自主飞行模式之间的转换控制方式,提高了飞行安全性,最终得到了飞行控制系统硬件的整体设计,并完成了印刷电路板制作工作;其后,在ADS1.2环境下开发了ARM底层接口的基本驱动和初始化程序,进行了飞行控制系统数据采集与舵机控制的基本功能运行实验。最后详述了自动驾驶仪的控制算法,通过对无人机的建模,计算出相应的参数,通过对各种PID算法的研究,确定了智能PID算法作为控制方法。实验结果表明,所实现系统能够完成对各传感器模块数据的实时采集和对舵机的任意角度快速控制,从而为今后进一步深入研究无人机飞行控制奠定了硬件基础。 总之,本课题在详细的理论基础上设计了自动驾驶仪的硬件软件以及控制方法,在最后的实验中叶得到了正确的结果,基本上达到了设计的预想,具有很好的实用性。
【关键词】：无人机 自动驾驶仪 飞行控制系统 智能PID算法 ARM
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题简述10-11
• 1.2 无人机的国内外研究现状11-13
• 1.3 本课题的研究意义以及主要完成的工作13-15
• 第2章 自动驾驶仪的原理与构成15-24
• 2.1 自动驾驶仪的原理与组成15-19
• 2.1.1 自动驾驶仪的主要功能15-16
• 2.1.2 自动驾驶仪的分类16
• 2.1.3 自动驾驶仪的基本原理16-19
• 2.2 自动驾驶仪的主要构成19-23
• 2.2.1 控制器19-20
• 2.2.2 惯性测量组合（IMU）20
• 2.2.3 高度传感器20-21
• 2.2.4 GPS 接收机21
• 2.2.5 舵机21-22
• 2.2.6 无刷直流电机22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 基于ARM的自动驾驶仪的硬件设计24-50
• 3.1 自动驾驶仪飞行控制系统的总体构成24
• 3.2 ARM 微处理器控制模块的设计24-30
• 3.2.1 ARM 处理器核简介25-26
• 3.2.2 ARM 的芯片选择26-28
• 3.2.3 供电系统28-29
• 3.2.4 时钟系统29
• 3.2.5 复位系统29-30
• 3.3 惯性测量单元（IMU）模块的设计30-36
• 3.3.1 陀螺仪姿态信号采样电路31-34
• 3.3.2 加速度计姿态信号采样电路34-36
• 3.4 姿态信号采集转换模块的设计36-38
• 3.4.1 陀螺采样信号选择电路36-37
• 3.4.2 AD 采样电路37-38
• 3.5 压力传感器模块的设计38-41
• 3.5.1 压力传感器芯片的选择38-39
• 3.5.2 压力传感器的工作原理39-40
• 3.5.3 高度信号采集电路的设计40-41
• 3.6 GPS 接收机模块的设计41-42
• 3.7 PWM 模块的设计42-43
• 3.8 JTAG 调试模块的设计43-44
• 3.9 遥控接收器模块的设计44-47
• 3.9.1 无线接收器44-46
• 3.9.2 遥控器46-47
• 3.10 电路板设计制作要点47-49
• 3.10.1 电源质量与分配47
• 3.10.2 信号线的分布47-48
• 3.10.3 抗干扰的设计48-49
• 3.11 本章小结49-50
• 第4章 软件调试程序设计50-56
• 4.1 控制软件任务流程50-51
• 4.2 AD 采集51-53
• 4.3 PWM 波形产生53-54
• 4.4 SPI 通信54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 PID控制方法设计思路56-66
• 5.1 常规PID 控制56-58
• 5.2 常规PlD 控制器参数整定方法58-60
• 5.2.1 临界比例度法58-59
• 5.2.2 衰减曲线法59-60
• 5.3 非线性智能PID 控制的设计思想60-63
• 5.3.1 专家式智能PID 控制61-62
• 5.3.2 智能PID 自学习控制系统62
• 5.3.3 神经网络PID 控制62
• 5.3.4 模糊PID 控制62-63
• 5.3.5 本文所研究的智能PID 的特点63
• 5.4 无人机智能PlD 控制算法设计63-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 实验与调试66-74
• 6.1 电源及CPU 工作测试66-67
• 6.2 A/D 采集电路测试67-69
• 6.3 PWM 转换电路测试69-71
• 6.4 PWM 控制信号输出测试71-73
• 6.5 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果78-79
• 致谢79

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 孙尚龙;无人机飞行控制系统的研究[D];天津大学;2012年

2 徐晓鹏;基于DSP的无人机飞控系统的设计[D];南昌航空大学;2012年

3 刘柱;无人机自动驾驶仪结构仿真研究[D];长春理工大学;2012年

4 胡占双;无人机飞行姿态检测及控制研究[D];沈阳航空航天大学;2013年

5 刘辉邦;面向偏振光传感器的无人机导航平台开发[D];大连理工大学;2013年

  本文关键词：无人机自动驾驶仪设计及控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：376998