多旋翼飞行器姿态测量及控制技术研究
发布时间：2021-01-18 14:08
随着微机电技术的发展以及科学研究和生产生活的需要,多旋翼飞行器在农业植保、抢险救援、空间探测、航拍娱乐等领域得到广泛应用。多旋翼飞行器的姿态测量与控制策略是实现其稳定与安全飞行的基础。本文围绕多旋翼飞行器的姿态测量和飞行控制方法展开研究。本文首先搭建多旋翼飞行器实验平台,为姿态信息融合和控制方法研究提供实验平台和理论依据。建立多旋翼飞行器六自由度非线性控制模型以及执行器模型,论证了多旋翼飞行器系统具有非线性、强耦合、参数不确定等特点。基于惯性传感器姿态解算原理,利用无依托标定方法对实验平台所用惯性传感器进行标定。根据姿态融合系统非线性状态模型,采用无迹卡尔曼滤波解决了模型线性化问题,采用加速度计与GPS进行水平位置信息融合估计,引入超声波传感器和气压计组合测量实现高度信息融合。其次,通过多旋翼飞行器系统模型线性化处理,将多旋翼动态模型解耦为水平位移、高度、姿态三个线性模型。对多旋翼系统的稳定性与可控性进行分析,针对实际飞行中出现大角度情况,提出了一种加保方向饱和函数的改进型PID控制方法,避免控制器饱和而发生失控事故。最后,在充分考虑多旋翼飞行器的参数不确定性以及外部干扰情况下,采用滑...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文组结构图
本文的研究对象为小型多旋翼飞行器,主要应用于民用领域,而民用级飞控系统开发,追求的是满足一定可靠性的条件下尽可能降低成本,因此大多采用低成本、较高可靠性的集成芯片。目前各大开源飞控及大疆、零度、极飞等多旋翼厂商都有较成熟的飞控模块,但这些模块集成度高,核心算法不开源。基于以上分析,为了采集多旋翼原始测量数据进行算法验证,实验室首先搭建了低成本四旋翼样机平台,如图2-1所示。四旋翼飞行器结构如下:主要由主控模块,包括数字信号处理系统、测量传感器等;动力系统,包括无刷电机及电调、螺旋桨;机架、无线传输模块及保护装置组成。综合考虑飞行器整体性能及经济因素合理选择各模块芯片。
为了更好满足主控板、各种传感器模块及外设的安装要求,合理优化空间设计,根据各电路原理,设计制作主板电路PCB,如图2-2所示:动力部分主要考虑飞行器的供电和负载要求,选用狮子3S锂电池,容量4200mah,额定电压11.1V,重量303克,可以方便的搭载在F450机架上。无刷电机选用了郎宇公司的SunnySky X2212,选用好盈天行者SkyWalker-40A线性稳压电调。
【参考文献】：
期刊论文
[1]惯性导航系统可观测性分析与可观测状态确定的图方法[J]. 刘鹏,任一峰,张亚,吴常铖. 控制理论与应用. 2020(01)
[2]2018年无人机研发热点回眸[J]. 金伟,周震博. 科技导报. 2019(01)
[3]无人机物流发展综述[J]. 梁璐莉,吕文红,葛家丽,刘亚京. 物流技术. 2018(12)
[4]输入受限四旋翼飞行器的模糊自适应动态面轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,曹晓明. 控制与决策. 2019(07)
[5]四旋翼飞行器PID控制器设计[J]. 焦青松,刘佳. 天津职业技术师范大学学报. 2018(02)
[6]系留多旋翼无人机及其在战术通信中的应用[J]. 付松源. 电子技术应用. 2018(04)
[7]共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制[J]. 彭程,白越,乔冠宇. 机器人. 2018(02)
[8]基于模糊不确定观测器的四旋翼飞行器自适应动态面轨迹跟踪控制[J]. 王宁,王永. 自动化学报. 2018(04)
[9]基于一致性多无人机编队的研究现状与发展趋势[J]. 王鹏,张振峰,曹明川,祁亚辉,康宇航. 舰船电子工程. 2017(09)
[10]四旋翼飞行器自适应动态面轨迹跟踪控制[J]. 王宁,王永,余明裕. 控制理论与应用. 2017(09)
博士论文
[1]新型多旋翼无人机的低成本组合导航与稳定控制[D]. 裴信彪.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
硕士论文
[1]基于嵌入式的四旋翼飞行器姿态控制设计[D]. 赵世荣.中北大学 2016
[2]农药喷洒多旋翼无人机避障设计与实现[D]. 李晓琳.东北大学 2016
本文编号：2985082
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文组结构图
本文的研究对象为小型多旋翼飞行器,主要应用于民用领域,而民用级飞控系统开发,追求的是满足一定可靠性的条件下尽可能降低成本,因此大多采用低成本、较高可靠性的集成芯片。目前各大开源飞控及大疆、零度、极飞等多旋翼厂商都有较成熟的飞控模块,但这些模块集成度高,核心算法不开源。基于以上分析,为了采集多旋翼原始测量数据进行算法验证,实验室首先搭建了低成本四旋翼样机平台,如图2-1所示。四旋翼飞行器结构如下:主要由主控模块,包括数字信号处理系统、测量传感器等;动力系统,包括无刷电机及电调、螺旋桨;机架、无线传输模块及保护装置组成。综合考虑飞行器整体性能及经济因素合理选择各模块芯片。
为了更好满足主控板、各种传感器模块及外设的安装要求,合理优化空间设计,根据各电路原理,设计制作主板电路PCB,如图2-2所示:动力部分主要考虑飞行器的供电和负载要求,选用狮子3S锂电池,容量4200mah,额定电压11.1V,重量303克,可以方便的搭载在F450机架上。无刷电机选用了郎宇公司的SunnySky X2212,选用好盈天行者SkyWalker-40A线性稳压电调。
【参考文献】：
期刊论文
[1]惯性导航系统可观测性分析与可观测状态确定的图方法[J]. 刘鹏,任一峰,张亚,吴常铖. 控制理论与应用. 2020(01)
[2]2018年无人机研发热点回眸[J]. 金伟,周震博. 科技导报. 2019(01)
[3]无人机物流发展综述[J]. 梁璐莉,吕文红,葛家丽,刘亚京. 物流技术. 2018(12)
[4]输入受限四旋翼飞行器的模糊自适应动态面轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,曹晓明. 控制与决策. 2019(07)
[5]四旋翼飞行器PID控制器设计[J]. 焦青松,刘佳. 天津职业技术师范大学学报. 2018(02)
[6]系留多旋翼无人机及其在战术通信中的应用[J]. 付松源. 电子技术应用. 2018(04)
[7]共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制[J]. 彭程,白越,乔冠宇. 机器人. 2018(02)
[8]基于模糊不确定观测器的四旋翼飞行器自适应动态面轨迹跟踪控制[J]. 王宁,王永. 自动化学报. 2018(04)
[9]基于一致性多无人机编队的研究现状与发展趋势[J]. 王鹏,张振峰,曹明川,祁亚辉,康宇航. 舰船电子工程. 2017(09)
[10]四旋翼飞行器自适应动态面轨迹跟踪控制[J]. 王宁,王永,余明裕. 控制理论与应用. 2017(09)
博士论文
[1]新型多旋翼无人机的低成本组合导航与稳定控制[D]. 裴信彪.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
硕士论文
[1]基于嵌入式的四旋翼飞行器姿态控制设计[D]. 赵世荣.中北大学 2016
[2]农药喷洒多旋翼无人机避障设计与实现[D]. 李晓琳.东北大学 2016
本文编号：2985082
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