基于神经网络PID补偿的姿态解算系统设计与软件开发

发布时间：2023-02-16 17:27

　　当今无人机在军事、商业、民用和科研等领域使用广泛,国家、公司和科研机构都开始对其展开研究。飞控作为无人机的控制核心,负责完成控制信号接收、姿态解算、输出控制等功能。本文从实际应用和工程设计出发,对飞控中姿态解算部分算法进行改进,并进行实物的设计、开发与验证。根据嵌入式工程设计流程,对系统功能需求进行分析,设计了基于STM32的嵌入式硬件平台。本文对硬件系统的接口电路和电源管理进行了设计,主要包括微控制器外围电路、电源升压降压电路、USB接口电路、传感器和数传接口电路。并对PCB制作和元器件焊接中需要注意的问题进行了探讨。基于Linux下嵌入式开发环境,本文对软件项目文件结构进行规划,开发了Cotex-M3内核中的任务调度器。对调度器中的数据结构进行设计,编写相关的调度函数,研究调度器运行原理,并分析了中断对调度的影响,实现了ARM体系下的上下文切换功能。以该调度器作为基础,对捷联惯性导航中姿态表示和更新方法进行研究,分析各种传感器的优缺点和常用的数据融合算法,给出基于神经元PID的互补滤波器融合算法,并将其作为一个进程进行软件实现。对数据传输协议进行实现,使用无线通信将解算的姿态角上传...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 无人机的姿态解算
    1.3 国内外研究现状
    1.4 文本的主要研究内容和组织结构
        1.4.1 本文的主要研究内容
        1.4.2 本文的组织结构
2 姿态解算系统总体方案
    2.1 引言
    2.2 姿态解算系统需求分析
        2.2.1 设计需求分析
        2.2.2 设计要求
    2.3 系统方案确定
        2.3.1 硬件设计方案
        2.3.2 软件设计方案
    2.4 涉及到的关键问题
    2.5 本章小结
3 基于STM32 的硬件平台设计
    3.1 引言
    3.2 电路原理图设计
        3.2.1 微控制器
        3.2.2 电源电路设计
        3.2.3 USB电路设计
        3.2.4 传感器模块
        3.2.5 数据传输模块
    3.3 PCB设计及制作
    3.4 本章小结
4 实时多任务调度内核
    4.1 引言
    4.2 嵌入式开发环境搭建
    4.3 任务调度器设计
        4.3.1 数据结构
        4.3.2 关键函数
        4.3.3 调度器运行过程
        4.3.4 外部中断对调度的影响
        4.3.5 进程切换原理
    4.4 本章小结
5 加速度计和陀螺仪的数据融合
    5.1 引言
    5.2 捷联惯导中的姿态表示
        5.2.1 姿态更新方法
        5.2.2 惯导相关传感器
    5.3 基于四元数的姿态解算方法
        5.3.1 互补滤波器
        5.3.2 显式互补滤波器
        5.3.3 神经元PID算法
    5.4 姿态解算程序设计
    5.5 本章小结
6 实验与测试
    6.1 引言
    6.2 MAVLink协议
    6.3 姿态解算精度测试
    6.4 软件性能测试
        6.4.1 空间占用
        6.4.2 任务切换时间
        6.4.3 中断响应时间
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 本文主要工作
    7.2 后续研究工作的展望
参考文献
附录
致谢



本文编号：3744194