基于ARM9的无人飞行器控制系统的研究与应用

发布时间：2017-09-29 23:00

  本文关键词：基于ARM9的无人飞行器控制系统的研究与应用

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【摘要】：四轴无人飞行器是近几年兴起的微小型无人飞行器的一种,由于其灵活的飞行性能和广泛的应用前景,一时间吸引了众多研究者参与到四轴飞行器的研究中来。本文以四轴飞行器控制器设计为主线,阐述了四轴飞行器飞行控制原理和方法、电子调速器原理与设计、多传感器信息采集及信息融合、飞行器姿态解算及导航、飞行器动力输出控制及PID算法等;此外,用试验的方法分析了数据融合算法的效果,对比分析了两种姿态解算方法的优缺点,对比分析了经典PID算法和串级PID算法在动力输出控制中的控制效果,得出了一些有参考价值的结论;在硬件设计方面,本文设计制作了基于ARM9微处理器的飞行控制器以及基于AVR单片机的电子调速器,文中对电路作用和设计原理做了简要的介绍,并在总体试验中对硬件的可行性进行了验证;在飞行控制器软件设计方面,从软件算法的原理入手,介绍了几种姿态解算算法和数据融合原理,以及对串级PID算法的原理分析,在文中给出了这几种算法的程序流程图,最后通过实验的方法对比了不同算法的可行性及优缺点,为进一步研究提供参考。通过整体的理论研究以及实物制作,到最后的试验检测,本文所设计的四轴飞行器控制器经过试验检验,基本能够满足控制要求。
【关键词】：四轴飞行器 ARM9 姿态算法 数据融合 串级PID
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.12
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 引言6-11
• 1.1 四轴飞行器概述6-7
• 1.2 四轴飞行器研究现状7-9
• 1.3 相关基础知识介绍9-11
• 1.3.1 导航参考坐标系9-10
• 1.3.2 飞行器姿态角的定义10-11
• 第二章 四轴飞行器控制理论与控制模型11-25
• 2.1 四轴飞行器控制要素11-16
• 2.1.1 四轴飞行器飞行原理11
• 2.1.2 四轴飞行器的运动控制11-16
• 2.2 四轴飞行器的控制模型16-19
• 2.2.1 坐标变换16-18
• 2.2.2 控制模型18-19
• 2.3 四轴飞行器控制算法19-25
• 2.3.1 姿态解算算法19-22
• 2.3.2 卡尔曼（Kalman）滤波算法22-25
• 第三章 四轴飞行器控制系统硬件设计25-49
• 3.1 基于ATMEGA8的电子调速器设计与实现25-35
• 3.1.1 无刷电机原理25-28
• 3.1.2 电子调速器电路设计28-31
• 3.1.3 电子调速器软件设计31-35
• 3.2 基于ARM9微处理器的四轴飞行器飞行控制板设计与实现35-46
• 3.2.1 ARM9微处理器及传感器介绍35-40
• 3.2.2 飞控板硬件电路设计40-42
• 3.2.3 飞控程序设计42-46
• 3.3 基于IIC总线的四轴飞行器通信系统设计与实现46-49
• 第四章 试验与结果分析49-68
• 4.1 数据融合算法试验49-54
• 4.1.1 加速度计工作原理49-51
• 4.1.2 陀螺仪工作原理51
• 4.1.3 加速度计和陀螺仪数据融合51-54
• 4.2 互补滤波姿态解算法54-58
• 4.2.1 算法原理54-56
• 4.2.2 试验对比验证及结论56-58
• 4.3 卡尔曼滤波器（Kalman Filter）58-62
• 4.3.1 卡尔曼滤波算法实现58-59
• 4.3.2 试验结果及分析59-62
• 4.3 电机控制算法62-68
• 4.3.1 控制算法数学模型62
• 4.3.2 控制模型线性化处理62-63
• 4.3.3 PID控制器设计63-65
• 4.3.4 试验及结论65-68
• 第五章 结论及展望68-70
• 参考文献70-72
• 附录一 飞控板电路原理图72-73
• 附录二 电子调速器电路原理图73-74
• 致谢74-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王帅;魏国;;卡尔曼滤波在四旋翼飞行器姿态测量中的应用[J];兵工自动化;2011年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 项凤涛;捷联惯导算法和组合导航滤波的精细积分方法研究[D];国防科学技术大学;2010年

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本文编号：944682