本文關(guān)鍵詞：可變翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)及飛控系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 變后掠翼 姿態(tài) 四元數(shù) PI 組合導(dǎo)航

【摘要】：在當(dāng)今科技快速發(fā)展的背景下,無(wú)人機(jī)的研究取得了很大的進(jìn)展。變后掠翼技術(shù)的應(yīng)用可以使飛行載體在飛行中通過(guò)實(shí)時(shí)改變機(jī)翼達(dá)到提高不同飛行狀態(tài)下飛行效率的效果。在工程應(yīng)用中,載體的姿態(tài)測(cè)量方法是一個(gè)熱點(diǎn),如何在含噪聲的數(shù)據(jù)中得出高精度的載體姿態(tài)數(shù)據(jù)始終是工程項(xiàng)目的一個(gè)難點(diǎn)。目前,捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)是獲取載體姿態(tài)信息的重要技術(shù)之一,利用SINS進(jìn)行載體姿態(tài)測(cè)量是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外可變翼無(wú)人機(jī)研究現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上,接著詳細(xì)介紹了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理,根據(jù)姿態(tài)測(cè)量的需要,給出了幾種常用的坐標(biāo)系以及坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換的相關(guān)定義,著重給出了本地NED坐標(biāo)系和載體坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。同時(shí)對(duì)姿態(tài)矩陣計(jì)算進(jìn)行研究,給出了歐拉角法、方向余弦法、四元數(shù)法三種解算姿態(tài)矩陣的公式。對(duì)上述幾種有關(guān)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)的解算方法以及姿態(tài)角的求解進(jìn)行了分析,為載體姿態(tài)信息的獲取做好了理論準(zhǔn)備。為更好的對(duì)可變翼無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)總體的分析,文章提出了以STM32F103ZET6作為主控制器設(shè)計(jì)了一套小型變后掠翼無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)。選用了集成三軸陀螺儀及三軸加速度計(jì)的MPU6050傳感器,低功耗的HMC5883L三軸磁強(qiáng)計(jì)等傳感器。按照模塊化的思想,對(duì)飛控系統(tǒng)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)以及對(duì)各傳感器模塊進(jìn)行測(cè)試。最后,通過(guò)顯示模塊對(duì)載體的姿態(tài)數(shù)據(jù)、溫度及高度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)上述對(duì)可變翼無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),為使無(wú)人機(jī)在導(dǎo)航方面測(cè)得更加精確的姿態(tài)信息,于是對(duì)其采用組合導(dǎo)航的測(cè)姿方案。文章首先對(duì)選用陀螺儀、加速度計(jì)及磁強(qiáng)計(jì)組合測(cè)姿原理進(jìn)行了分析。再次,介紹了PI控制處理偏差,并給出組合測(cè)姿系統(tǒng)中姿態(tài)角的獲取流程。最后,為了對(duì)姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試的方便,選在三軸平臺(tái)環(huán)境之下進(jìn)行測(cè)試,飛控系統(tǒng)得到的姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)MATLAB仿真,得出姿態(tài)角誤差圖。通過(guò)對(duì)組合導(dǎo)航測(cè)姿與僅使用陀螺儀測(cè)姿兩種方案下姿態(tài)角誤差值的比較,有效的證明了組合導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)信息效果更好。
【關(guān)鍵詞】：變后掠翼 姿態(tài) 四元數(shù) PI 組合導(dǎo)航
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究的背景和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 無(wú)人機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀10
• 1.2.2 變后掠翼技術(shù)國(guó)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.3 無(wú)人機(jī)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12
• 1.2.4 變后掠翼技術(shù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)13-15
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容13
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)13-15
• 第2章 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的基本理論15-22
• 2.1 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的原理15
• 2.1.1 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的概述15
• 2.1.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的原理15
• 2.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系15-21
• 2.2.1 坐標(biāo)系的概述15-16
• 2.2.2 坐標(biāo)系的類別16-17
• 2.2.1.1 地心慣性坐標(biāo)系16
• 2.2.1.2 本地NED坐標(biāo)系16
• 2.2.1.3 載體坐標(biāo)系16-17
• 2.2.1.4 速度坐標(biāo)系17
• 2.2.3 旋轉(zhuǎn)矩陣及姿態(tài)角17-21
• 2.2.3.1 旋轉(zhuǎn)矩陣及姿態(tài)角定義17-20
• 2.2.3.2 姿態(tài)角的確定20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)解算22-33
• 3.1 歐拉角法22-23
• 3.1.1 歐拉角的定義22
• 3.1.2 歐拉角法22-23
• 3.1.2.1 歐拉角微分方程23
• 3.2 方向余弦法23-26
• 3.2.1 方向余弦的定義23-24
• 3.2.2 方向余弦法24-26
• 3.2.2.1 方向余弦矩陣微分方程25-26
• 3.3 四元數(shù)法26-29
• 3.3.1 四元數(shù)的定義26
• 3.3.2 四元數(shù)法26-29
• 3.3.3 四元數(shù)的微分方程29
• 3.4 基于四元數(shù)法的姿態(tài)解算29-31
• 3.5 本章小結(jié)31-33
• 第4章 飛控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)33-45
• 4.1 飛行平臺(tái)的選擇33-34
• 4.2 飛行控制系統(tǒng)總框架34-35
• 4.3 STM32模塊設(shè)計(jì)35-44
• 4.3.1 微控制器選型35-36
• 4.3.2 主控制器硬件設(shè)計(jì)36
• 4.3.3 串口通訊電路設(shè)計(jì)36-37
• 4.3.4 高度傳感器模塊設(shè)計(jì)37-38
• 4.3.5 慣性傳感器模塊設(shè)計(jì)38-41
• 4.3.5.1 慣性傳感器選型38
• 4.3.5.2 慣性傳感器MPU6050簡(jiǎn)介38-40
• 4.3.5.3 慣性傳感器HMC5883L簡(jiǎn)介40-41
• 4.3.6 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)41-42
• 4.3.7 數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)42-44
• 4.3.7.1 TFT-LCD簡(jiǎn)介42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第5章 飛控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)45-59
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境45
• 5.2 I~2C總線協(xié)議45-47
• 5.3 傳感器模塊數(shù)據(jù)的采集47-53
• 5.3.1 MPU6050的數(shù)據(jù)采集47-49
• 5.3.2 HMC5883L的數(shù)據(jù)采集49-50
• 5.3.3 氣壓高度計(jì)的數(shù)據(jù)采集50-53
• 5.3.3.1 氣壓與高度的換算50-51
• 5.3.3.2 BMP180的數(shù)據(jù)采集51-53
• 5.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)53-55
• 5.4.1 PWM信號(hào)輸出53-54
• 5.4.2 PWM信號(hào)的控制54-55
• 5.5 數(shù)據(jù)顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)55-58
• 5.5.1 TFT-LCD顯示模塊接口功能簡(jiǎn)介55
• 5.5.2 FSMC簡(jiǎn)介55-56
• 5.5.3 TFT-LCD的數(shù)據(jù)采集56-58
• 5.6 本章小結(jié)58-59
• 第6章 組合導(dǎo)航測(cè)姿59-69
• 6.1 概述59
• 6.2 多傳感器組合導(dǎo)航測(cè)姿方案的基本原理59-60
• 6.3 累積誤差的獲取60-62
• 6.3.1 叉積的概念60-61
• 6.3.2 叉積在三維空間中的應(yīng)用61
• 6.3.3 利用叉積獲取累積誤差值61-62
• 6.4 多傳感器組合測(cè)姿62-66
• 6.4.1 比例-積分控制概述63-64
• 6.4.2 組合測(cè)姿的姿態(tài)角獲取64-66
• 6.5 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析66-68
• 6.5.1 數(shù)據(jù)測(cè)試平臺(tái)簡(jiǎn)介66
• 6.5.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析66-68
• 6.6 本章小結(jié)68-69
• 第7章 總結(jié)與展望69-71
• 7.1 總結(jié)69
• 7.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 致謝73-74
• 附錄74-76

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