固定翼无人机飞行姿态控制律设计

发布时间：2017-07-19 00:18

  本文关键词：固定翼无人机飞行姿态控制律设计

  更多相关文章： 无人机飞控 PID 姿态控制 仿真 试飞

【摘要】：随着科学技术的进步,无人机在人类生活中起着越来越重要的作用。本文从工程应用方面出发,结合国内外相关领域的研究成果,对固定翼无人机飞行姿态控制律问题展开研究。首先,在明确本文设计要求的前提下,以天行者1680航模固定翼无人机为平台,对无人机飞控系统整体方案进行设计。系统包括两大部分:姿态检测部分和控制部分。分别对每个部分所涉及的硬件进行选型,并完成电路板制作。在硬件设计工作完成后,进行系统软件设计。其次,由于无人机在执行飞行任务时有诸多的变量,为了便于研究,对几种常用的坐标系进行分析,其中包括机体坐标系、地面坐标系、气流坐标系和航迹坐标系等,进而确定无人机在其坐标系下的姿态角以及其表达形式。为后续章节的工作奠定一定的基础。然后,在明确控制律的设计目标、PID方法的前提下,展开无人机姿态控制律的设计工作,本文将其分为三个部分展开,包括纵向、横侧向通道和速度通道。纵向通道包括俯仰角和飞行高度通道,横侧向通道包括滚转角和航向角通道。设计每个通道的控制方法,绘出控制结构图,确定控制律的最终表达形式。之后分别对其进行Simulink仿真,得到每个变量的仿真结果曲线和具体参数表。为飞行试飞提供一定的理论依据和保障,提高试飞的成功率。最后,在试飞条件较好的情况下,对所设计系统的实际应用效果进行试飞调试,通过遥控器遥控无人机飞行,并观察地面站界面显示的状态信息。试验结果表明,本文提出的方法实现了飞行姿态的稳定控制,提高了无人机执行任务时的精确性,达到了“863”课题“微小型无人机遥感信息获取与作物养分管理技术”对飞控实现较高飞行稳定性的要求。
【关键词】：无人机飞控 PID 姿态控制 仿真 试飞
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1;V279
【目录】：

• 摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究目的与意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 主要研究内容16
• 1.4 本章小结16-17
• 2 系统整体方案设计17-31
• 2.1 姿态控制系统试验平台17
• 2.2 系统设计要求17-19
• 2.3 系统整体方案设计19
• 2.4 硬件选型19-26
• 2.4.1 GPS20-21
• 2.4.2 磁传感器21-22
• 2.4.3 陀螺仪22-24
• 2.4.4 加速度计24-25
• 2.4.5 单片机25-26
• 2.5 舵机驱动系统26-27
• 2.6 电路设计27-28
• 2.7 系统软件设计28-30
• 2.7.1 软件设计任务28
• 2.7.2 软件设计流程28-30
• 2.8 本章小结30-31
• 3 固定翼无人机坐标系31-36
• 3.1 常用坐标系31-32
• 3.2 坐标系之间的转换32-33
• 3.3 主要运动参数33
• 3.4 动力学方程33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 姿态控制律设计36-52
• 4.1 PID控制算法36-37
• 4.2 纵向控制律设计37-43
• 4.2.1 俯仰通道控制律设计37-38
• 4.2.2 俯仰通道仿真38-40
• 4.2.3 飞行高度控制律设计40
• 4.2.4 高度回路仿真40-43
• 4.3 横侧向控制律设计43-48
• 4.3.1 滚转通道控制律设计43-44
• 4.3.2 滚转通道仿真44-46
• 4.3.3 航向通道控制律设计46-47
• 4.3.4 航向通道仿真47-48
• 4.4 速度控制律设计48-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 试飞调试52-57
• 5.1 试飞准备52-53
• 5.2 试飞内容及结果53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 6 结论与展望57-58
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-61
• 附录61-65
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文65

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本文编号：560451