基于DSP的有缆六旋翼飞行控制系统研究

发布时间：2017-10-05 23:00

  本文关键词：基于DSP的有缆六旋翼飞行控制系统研究

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【摘要】：随着无人机技术的发展,多旋翼无人机的应用领域越来越广泛。此类无人机能量来源依靠容量有限的机载电池,因此飞行时间和机载能力都受到了限制,这对多旋翼无人机的应用推广造成了障碍。本文从能量供给问题出发,提出了一种通过柔性线缆进行地面供电的方法。这种方法能够解决无人机续航和机载电子设备供电问题,使其能够被用于不间断定点监控、球赛转播及会场录制等。有缆六旋翼飞行控制系统主要由六旋翼飞行器、柔性线缆、上位机和线缆收放器组成。本文对所使用的柔性线缆和六旋翼飞行器进行了非线性模型的建立。设计了内环姿态环、外环位置环的双闭环飞行控制器。姿态控制器使用遗传优化模糊全局滑模控制,位置控制使用遗传优化PID控制。在滑模控制中加入模糊控制,能够减轻系统的抖振,从而使直流无刷电机的转速变化频率降低,进而减小机体的震动,有效的防止了机械结构的松动。机载捷联惯性导航所使用的传感器为主流的MEMS传感器模块,其中包括三轴陀螺仪、三轴磁力计、三轴加速度计和气压高度计。本文对这些传感器的特性进行了介绍,并分别利用三轴陀螺仪和三轴磁力计与三轴加速度计的组合两种方法对飞行器姿态进行解算,将两种解算的结果利用卡尔曼滤波算法进行融合以得到更加精确的姿态角,从而进行精确的导航信息解算。六旋翼飞行控制器的硬件和软件以TMS320F28335为主控芯片进行设计。实物实验分为室内静态测试和室外动态测试。静态测试是对姿态控制器功能进行测试,结果表明三个姿态角能够跟踪给定目标角度,俯仰角和滚转角的抖动比偏航角要大。动态测试是对位置控制器功能进行测试,结果表明有缆六旋翼飞行器能够对给定的位置目标量进行跟踪,抗风能力还需进一步加强。
【关键词】：有缆六旋翼 TMS320F28335 模糊滑模控制 嵌入式系统
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-11
• 1.1 引言7
• 1.2 国内外研究现状7-10
• 1.3 论文主要工作内容10
• 1.4 本章小结10-11
• 第2章 有缆六旋翼飞行器系统结构及建模11-25
• 2.1 系统结构介绍11-12
• 2.2 系统建模12-24
• 2.2.1 坐标系的建立及转换12-13
• 2.2.2 线缆受力分析及非线性模型建模13-16
• 2.2.3 六旋翼飞行原理16-18
• 2.2.4 有缆六旋翼飞行器非线性模型18-23
• 2.2.5 非线性模型的化简23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 控制系统25-43
• 3.1 位置控制器设计25-31
• 3.1.1 位置环PID控制器25-27
• 3.1.2 遗传算法优化PID控制器参数27-31
• 3.2 姿态控制器设计31-41
• 3.2.1 姿态环模糊全局滑模控制器设计33-35
• 3.2.2 切换增益的模糊化选择35-37
• 3.2.3 控制器参数遗传优化选择37
• 3.2.4 姿态控制器仿真37-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第4章 机载捷联惯性导航系统43-53
• 4.1 捷联惯性导航基本原理43-44
• 4.2 传感器特性分析44-47
• 4.2.1 陀螺仪特性分析44-45
• 4.2.2 加速度计特性分析45-46
• 4.2.3 磁力计特性分析46
• 4.2.4 气压高度计特性分析46-47
• 4.3 导航解算与信息融合47-51
• 4.3.1 六旋翼无人机导航解算47-50
• 4.3.2 六旋翼无人机导航信息融合50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 飞行控制器硬件及软件设计53-71
• 5.1 飞行控制器硬件设计53-62
• 5.1.1 主控模块54-55
• 5.1.2 电源模块55-56
• 5.1.3 MEMS传感器模块56-61
• 5.1.4 无线模块61
• 5.1.5 PCB设计注意事项61-62
• 5.2 飞行控制器软件设计62-69
• 5.2.1 系统软件架构设计62-63
• 5.2.2 软件运行流程设计63-65
• 5.2.3 十轴传感器模块配置及应用65-67
• 5.2.4 数字滤波器应用67-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第6章 有缆六旋翼飞行实验71-79
• 6.1 飞行实验准备71-72
• 6.1.1 实验设备71-72
• 6.1.2 飞行实验注意事项72
• 6.2 飞行实验内容及结果72-77
• 6.2.1 静态姿态环控制实验73-74
• 6.2.2 动态位置环控制实验74-77
• 6.3 本章小结77-79
• 第7章 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 发表论文和参加科研情况说明85-87
• 致谢87-89
• 附录89-93

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本文编号：979299