基于双模导航的无人机飞行控制器研究

发布时间：2017-08-18 11:06

  本文关键词：基于双模导航的无人机飞行控制器研究

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【摘要】：近些年来,随着微机电系统(MEMS)、传感器技术、惯性导航算法的成熟,以多旋翼为代表的无人机得到了快速发展。多旋翼无人机具有结构简单、机动灵活的特点,同时又有一定的负载能力,被大量应用于军事作战、航空拍摄、物流配送等领域。飞行控制器是无人机的核心部分,其优劣直接影响无人机的飞行性能。本文的目的是研究和设计一款基于双模导航(北斗+GPS)的多旋翼无人机飞行控制器。论文主要工作包括以下几个方面:研究了无人机飞行控制基本理论。本文介绍了多旋翼无人机基本结构和控制方法,并对无人机姿态计算时的坐标转换理论进行了分析。基于某型多旋翼无人机结构,采用PID控制算法,搭建了控制系统模型。设计多旋翼无人机飞行控制器。按照模块化思想,对主控芯片、各传感器芯片、双模导航模块、电源管理芯片、接口电路等进行了硬件选型和电路设计。主控芯片选用了STM32系列单片机,传感器选用了L3GD20H陀螺仪、LSM303D加速度计和磁力计、HMC5883数字磁罗盘和MS5611气压计,双模导航模块选用了NEO-M8N芯片。本文对所设计的无人机飞行控制器进行了测试和相关指标分析。测试结果表明飞行控制器符合设计要求。最后将飞行控制器搭载于某型多旋翼无人机,实现了飞行。
【关键词】：多旋翼无人机 双模导航 飞行控制器
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 多旋翼应用现状15-17
• 1.2 多旋翼飞行器的研究现状17-23
• 1.2.1 多旋翼发展历史18-19
• 1.2.2 多旋翼研究现状19-23
• 1.3 本文研究的主要内容23-25
• 第二章 多旋翼无人机控制相关理论和飞行姿态表示25-37
• 2.1 多旋翼飞行器的主要结构25-26
• 2.2 多旋翼飞行器的运动控制原理26-29
• 2.3 多旋翼飞行器的姿态表示和运算29-33
• 2.3.1 多旋翼飞行器飞行坐标建立29-30
• 2.3.2 多旋翼飞行器飞行姿态换算30-33
• 2.4 PID控制原理及仿真33-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 飞行控制器设计37-65
• 3.1 总体设计37-39
• 3.1.1 总体结构设计37-38
• 3.1.2 设计需求分析38-39
• 3.2 微控制器的选型39-42
• 3.3 传感器模块电路设计42-50
• 3.3.1 陀螺仪模块电路设计42-44
• 3.3.2 加速度计和磁力计模块电路设计44-46
• 3.3.3 磁罗盘模块电路设计46-47
• 3.3.4 气压计模块电路设计47-50
• 3.4 导航模块电路设计50-54
• 3.4.1 北斗导航系统和GPS导航系统介绍50-51
• 3.4.2 GNSS系统和GNSS接收机51-52
• 3.4.3 硬件电路设计52-53
• 3.4.4 位置信号的卡尔曼滤波53-54
• 3.5 电源模块设计54-58
• 3.6 其他外围电路设计58-59
• 3.6.1 接口电路设计58
• 3.6.2 存储电路设计58-59
• 3.7 无人机飞行控制器系统软件设计概述59-63
• 3.7.1 软件总体设计59-60
• 3.7.2 主程序控制流程及姿态控制简介60-63
• 3.8 本章小结63-65
• 第四章 多旋翼飞行控制器硬件测试65-73
• 4.1 导航模块测试65-67
• 4.2 各传感器静态数据测试67-70
• 4.3 无人机动态测试70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 论文总结73
• 5.2 工作展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 作者简介81-82

【参考文献】

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本文编号：694221