四旋翼飞行器设计与稳定控制研究

发布时间：2017-06-07 01:06

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【摘要】：近年来,军用和民用市场的广阔应用需求和独特的优势促进了四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的发展。根据自主设计制作的样机,建立了四旋翼飞行器的动力学和动力系统动力学模型,并把卡尔曼滤波器应用于姿态解算,姿态控制部分采用PID(Proportional Integral Derivative)控制器。四旋翼飞行器的飞行控制系统决定了四旋翼飞行器飞行性能的优劣。 首先,本课题设计了四旋翼飞行器飞行控制系统的总体方案,建立了其动力学数学模型;在此基础上,完成了飞行控制系统的软硬件设计,包括器件选型、硬件电路设计、系统软件设计,并进行了大量调试,解决了程序和硬件设计中存在的问题。 其次,建立完善的四旋翼飞行器飞行控制系统平台,将有助于进一步拓展对四旋翼飞行器飞行导航、控制算法和控制系统开发等方面的研究,为未来进一步研究开发满足不同条件的新型的多用途无人机打下坚实的基础。 最后,实验结果表明,建立的四旋翼飞行器模型与实际是相吻合的,尤其决定飞行器是否优良的关键技术指标如稳定的垂直起降(VTOL)和姿态转换飞行等,都验证了该飞行控制系统具有更好的性能。通过四旋翼飞行器飞行试验验证了卡尔曼滤波和PID控制器算法可行性。
【关键词】：四旋翼飞行器 建模 卡尔曼滤波器 PID VTOL
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 四旋翼飞行器的国内外研究现状9-14
• 1.3 四旋翼飞行器发展的关键技术14-16
• 1.4 课题研究的科学意义与发展前景16-17
• 1.5 本文的主要内容17-19
• 第2章 四旋翼飞行器建模19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 建模的方法和步骤19-21
• 2.3 系统分析建模21-27
• 2.3.1 四旋翼飞行状态分析21-22
• 2.3.2 建立坐标系22-23
• 2.3.3 转子动力学建模23-24
• 2.3.4 四旋翼飞行器的动力学24-27
• 2.4 小结27-28
• 第3章 四旋翼飞行器硬件搭建28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 四旋翼直飞行器样机制作和特点28-29
• 3.3 四旋翼飞行器飞行控制的特点29-32
• 3.4 硬件方案设计32-36
• 3.4.1 飞行姿态感测模块32-33
• 3.4.2 推力组模块33-34
• 3.4.3 电子调速器34-35
• 3.4.4 微处理器模块35
• 3.4.5 无线通信模块35-36
• 3.4.6 电源模块36
• 3.5 减少机械振动，提高飞行稳定性36
• 3.6 本章小结36-38
• 第4章 软件设计与仿真38-50
• 4.1 姿态解算分析39-41
• 4.2 卡尔曼姿态解算算法流程41-43
• 4.3 控制算法43-47
• 4.4 仿真实验47-50
• 第5章 四旋翼飞行器飞行试验50-56
• 5.1 四旋翼飞行器的试飞步骤50-51
• 5.1.1 在试飞之前的准备工作50-51
• 5.1.2 试飞过程及注意事项51
• 5.1.3 飞行试验中的紧急情况及其处理51
• 5.2 四旋翼飞行器飞行控制参数的调试51-54
• 5.3 小结54-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 冀明;卢京潮;;基于Cortex-M4的四旋翼飞行控制系统设计[J];计算机测量与控制;2013年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 程敏;四旋翼飞行器控制系统构建及控制方法的研究[D];大连理工大学;2012年

2 朱君;四旋翼无人飞行器控制系统设计及控制方法研究[D];内蒙古科技大学;2012年

3 尤元;四旋翼飞行器控制技术研究及其微功耗设计[D];吉林大学;2013年

4 程学功;四轴飞行器的设计与研究[D];杭州电子科技大学;2013年

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本文编号：427861