基于实时操作系统的无人机飞控系统的位置和姿态控制器的应用与实现

发布时间：2024-12-19 04:23

　　随着近年来我国科技水平的进步,无人机在各行业上的应用迅速扩展,无论是军用级别还是民用消费级别,无人机以其轻便、灵巧以及全天候飞行的特点悄然登上我国科技行业发展的舞台。在各行各业对无人机需求持续增加的当今社会,对无人机飞控系统的深入研究也随之兴起。在这样的发展环境中,本文以四旋翼无人机为研究对象,基于实时操作系统实现运用串级PID控制的四旋翼无人机位置与姿态控制器。因此本文具体的实现步骤安排如下:首先根据牛顿-欧拉法对无人机进行动力学建模工作,为后续的实现工作做方案可行性说明,其次,对基于串级PID控制的无人机位置及姿态控制器的实现原理进行说明,由于无人机姿态变化的本质是无人机姿态角变化,而角度变化则必然伴随角速度改变,因此,在角度环所使用的单级PID控制算法中加入角速度环用以稳定直接控制量。而对于位置控制则分成垂直及水平两个方向分别进行控制,其中垂直控制是基于高度环与垂直速度环构成的串级PID位置控制器,而水平位置控制器则是由水平位置环与水平线速度环所构成的串级PID位置控制器。将完成建模后的无人机动力学系统表达式通过线性时变参数法(LPV法)进行线性化,得到无人机动力系统的传递函数,并...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义及难点
    1.2 国内外研究现状
    1.3 四旋翼无人机姿态控制技术研究现状
    1.4 本文主要结构安排
第2章 四旋翼无人机的飞行原理与动力学建模
    2.1 引言
    2.2 四旋翼飞行器的飞行原理
        2.2.1 四旋翼无人飞行器的系统构成
        2.2.2 四旋翼无人飞行器的飞行动作
    2.3 四旋翼飞行器动力学建模
        2.3.1 坐标系的建立
        2.3.2 欧拉角
        2.3.3 四旋翼无人飞行器的线运动方程
        2.3.4 四旋翼无人飞行器的角运动方程
    2.4 本章小结
第3章 飞行控制系统的硬件架构及实时操作系统
    3.1 飞行控制系统主要构成
    3.2 飞行控制系统硬件架构
        3.2.1 “光标”开源飞行控制电路板构成
        3.2.2 “光标”开源飞行控制电路板遥控接收接口
        3.2.3 “光标”开源飞行控制系统电调输出接口
        3.2.4 “光标”开源飞行控制系统传感器
        3.2.5 “光标”开源飞行控制系统SWD调试接口
    3.3 飞行控制实时操作系统
        3.3.1 FreeRTOS简介
        3.3.2 FreeRTOS在 STM32F407 上的移植
    3.4 本章小结
第4章 基于串级PID算法的姿态及位置控制器实现
    4.1 PID控制算法原理
    4.2 基于串级PID闭环控制算法无人飞行器的姿态控制
    4.3 基于串级PID闭环控制算法无人飞行器的高度控制
    4.4 基于串级PID闭环控制算法无人飞行器的位置控制
    4.5 本章小结
第5章 姿态控制器仿真
    5.1 非线性无人机动力学模型线性化处理
    5.2 基于simulink的双环级联的串级PID闭环姿态控制仿真
    5.3 本章小结
第6章 位置和姿态控制器的软件设计与实测
    6.1 串级PID算法控制的软件实现
    6.2 串级PID算法控制效果实测
    6.3 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
致谢



本文编号：4017651