一种航拍四轴飞行器控制系统设计

发布时间：2024-07-07 06:01

　　四轴飞行器是一种典型的非线性、强耦合的欠驱动系统,早在上世纪初就有学者相继研制四轴飞行器,但由于种种原因都未取得较大的突破,使得四轴飞行器的研究一直以来未受关注。直到20世纪90年代,随着计算机技术、微电子技术和自动控制技术的迅猛发展,四轴飞行器再一次引起了科研人员的兴趣,继而出现了许多相关科研项目和研究成果。由于飞行器在实际飞行过程中会受到空气阻力、阵风等不确定因素的影响,难以建立其准确的数学模型,这也给控制系统的设计带来一定的挑战。四轴飞行器因其结构简单、飞行灵活等特点,在军事和民用领域得到了广泛的应用。本文针对航拍四轴飞行器的特点,利用牛顿-欧拉方程,建立了其动力学模型;利用四元数法建立了其运动学模型,并求出运动学方程的解析解和数值解。在姿态解算中,结合陀螺仪、加速度和磁力计等传感器的优缺点,设计了基于四元数的互补滤波算法。硬件方面,制作了集成有陀螺仪、加速度、磁力计和气压计的PCB飞控电路板,并可以外接GPS模块。在控制系统方面,在传统PID的基础上,设计了姿态平衡串级PID控制算法、高度串级PID控制算法和GPS定点PID控制算法,实现了四轴飞行器的姿态控制和定高定点悬停控制...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2坐标系旋转关系示意图

图1.1第一架四轴飞行器“Breguet-RichetNo.1”Fig.1.1Thefirstquadrotor“Breguet-RichetNo.1”

省了大量的人工成本和时间成本，社会需求量不断增加，具有良好一定的研究意义。飞行器属于多旋翼飞行器的一种，因其具有结构简单、飞行灵活和点，成为当下最热门的无人机研究类型。飞行控制器是四轴飞行器，飞行控制器根据外界环境的变化控制飞行器完成自主飞行。飞行决定了飞行器的飞行效果，因此研发....

图1.2George.De.Bothezat设计的四轴飞行器Fig.1.2QuadrotordesignedbyGeorge.De.Bothezat

图1.2George.De.Bothezat设计的四轴飞行器Fig.1.2QuadrotordesignedbyGeorge.De.Bothezat1956年，ConvertWings公司设计了一架形状比较怪异的“H”形四轴如图1.3所示。与之前的四轴飞行....

图1.3ConvertWings公司设计的四轴飞行器Fig.1.3QuadrotordesignedbyConvertWings

上海应用技术大学硕士配置有飞行控制系统，但因其较为笨重，飞行效果并究兴趣[2-3]。图1.2George.De.Bothezat设计的四轴飞行器Fig.1.2QuadrotordesignedbyGeorge.De.BothezatonvertWings公司设....

本文编号：4003262