本文關(guān)鍵詞：微型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

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【摘要】：微型四旋翼飛行器因其結(jié)構(gòu)簡單、低成本且可實(shí)現(xiàn)垂直起降等優(yōu)點(diǎn),在軍事以及民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,因此成為研究的熱點(diǎn)。但是四旋翼飛行器本身欠驅(qū)動(dòng)、多變量、非線性等特性導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)對(duì)該飛行器的控制難度較大,所以關(guān)于四旋翼飛行器的建模與飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為了研究的難點(diǎn)。本文從工程應(yīng)用出發(fā),在總結(jié)國內(nèi)外針對(duì)該類飛行器飛行控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,展開以下研究工作:首先,針對(duì)微型四旋翼飛行器進(jìn)行了理論建模研究。根據(jù)經(jīng)典力學(xué)定理,建立了四旋翼飛行器的全量動(dòng)力學(xué)模型,使用小擾動(dòng)方法處理得到某定常狀態(tài)下的線性化數(shù)學(xué)模型,通過對(duì)線性模型中的穩(wěn)定性矩陣和操縱性矩陣的分析,為下一步飛行控制律的設(shè)計(jì)提供參考。其次,總結(jié)并提出了飛行控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求,按照設(shè)計(jì)要求完成了飛行控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì),針對(duì)機(jī)載飛行控制系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)中部分模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),軟件系統(tǒng)部分則使用PID控制方法設(shè)計(jì)飛行控制律,以及采用模擬I2C通信采集部分傳感器數(shù)據(jù)。然后,對(duì)四旋翼飛行器捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了研究。采用基于四元數(shù)的姿態(tài)矩陣更新算法解算姿態(tài)角,針對(duì)該方法所存在的不足,采用基于互補(bǔ)濾波器的姿態(tài)融合算法。另外,對(duì)于在硬件設(shè)計(jì)中所使用的微機(jī)電傳感器提出了各自的誤差校正方法。最后,將所設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試,驗(yàn)證捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的飛行控制律的有效性,采用自制微型四旋翼飛行器進(jìn)行飛行試驗(yàn)。飛行試驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的各個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)四旋翼飛行器的穩(wěn)定控制。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.1

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