集成北斗二代的飞行器在路桥工程中的应用

发布时间：2017-09-29 03:30

  本文关键词：集成北斗二代的飞行器在路桥工程中的应用

  更多相关文章： 八旋翼飞行器 姿态解算 四元数 姿态控制 双闭环PID

【摘要】：由于八旋翼飞行器的结构简单、控制灵活、稳定性更高、可垂直升降、自主起飞和降落等特点而被广泛应用于军事和民用领域。本文采用北斗和GPS相结合的方法,提高飞行器的定点精度,针对八旋翼飞行器的飞行姿态控制问题,提出了一种新型的双闭环PID控制算法。该算法利用基于互补滤波器的四元数姿态更新算法进行姿态的解算与更新,通过内外环PID控制器的任务分工,更好的完成飞行器的姿态控制。首先,分析了多旋翼无人机在国内外的研究现状、发展趋势及目前面临的主要问题,根据八旋翼飞行器的结构特点、工作原理及设计要求提出了集成北斗二代的飞行器系统总体方案,并对总体方案进行了详细分析与机身设计。然后,系统采用模块化的设计思想对飞行姿态控制器(简称飞控)分别进行了详细的软件和硬件设计。在硬件方面,主要完成芯片的选型及姿态传感器电路、电源管理电路、输出保护、防静电保护、过压过流保护等电路的设计;在软件方面,主要完成了系统主程序、数据通信程序、姿态解算程序以及姿态控制程序的设计,为提高飞行器的可靠性并进行了安全保护和超声波蔽障设计。最后,将设计的集成北斗二代的飞行器系统在路桥工程中进行了应用测试,并提出一些简单安全的测试方法,通过对测试中问题的详细分析,提出了相应的解决方案。测试结果表明:本文设计的集成北斗二代的飞行器系统具有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力,能够实现八旋翼飞行器的稳定飞行和超声波蔽障,达到了预期的设计目标。
【关键词】：八旋翼飞行器 姿态解算 四元数 姿态控制 双闭环PID
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景与意义9
• 1.2 国内外的研究和发展现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.2.3 多旋翼无人机的发展趋势及面临的主要问题12-13
• 1.3 论文主要内容及章节安排13-15
• 1.3.1 论文的主要内容13
• 1.3.2 论文的章节安排13-15
• 2 集成北斗二代的飞行器系统整体方案设计15-27
• 2.1 集成北斗二代飞行器系统的结构组成和工作原理15-18
• 2.1.1 集成北斗二代飞行器系统的结构组成15-16
• 2.1.2 集成北斗二代飞行器系统的工作原理16-18
• 2.2 集成北斗二代飞行器系统的设计要求18-19
• 2.3 集成北斗二代的飞行器系统总体方案设计19-25
• 2.3.1 机身设计19-20
• 2.3.2 起落架设计20-21
• 2.3.3 飞控系统设计21
• 2.3.4 导航与通信系统设计21-22
• 2.3.5 能源及动力装置22-25
• 2.3.6 航拍图传系统设计25
• 2.4 本章小结25-27
• 3 飞控系统硬件设计27-39
• 3.1 飞控硬件电路总体设计27-28
• 3.2 器件选型28-32
• 3.2.1 主控制器选型28-29
• 3.2.2 姿态传感器选型29-31
• 3.2.3 电源管理芯片选型31-32
• 3.3 硬件电路设计32-37
• 3.3.1 姿态传感器电路32-33
• 3.3.2 电源管理电路33-35
• 3.3.3 输出保护电路35-36
• 3.3.4 防静电保护36
• 3.3.5 过压过流保护36-37
• 3.4 本章小结37-39
• 4 飞控系统软件设计39-53
• 4.1 系统软件总体设计39-40
• 4.2 主程序设计40-41
• 4.3 数据通信子程序设计41-43
• 4.4 姿态解算程序设计43-46
• 4.5 姿态控制策略46-48
• 4.6 飞行器的安全保护48-51
• 4.6.1 低电量保护48
• 4.6.2 超围栏保护48-49
• 4.6.3 超声波蔽障49-51
• 4.7 本章小结51-53
• 5 集成北斗二代的飞行器在路桥工程中的应用测试53-63
• 5.1 八旋翼飞行器在路桥工程中的应用测试53-56
• 5.1.1 八旋翼飞行器初期指标测试54-55
• 5.1.2 八旋翼飞行器安全保护测试55-56
• 5.2 测试中遇到的问题及解决方案56-61
• 5.2.1 八旋翼飞行器姿态不稳定故障分析及解决方案56-57
• 5.2.2 电机停转故障分析及解决方案57-60
• 5.2.3 降落失控故障分析及解决方案60-61
• 5.3 本章小结61-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 工作总结63
• 6.2 展望63-65
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-72

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本文编号：939765