【摘要】：偏振光導(dǎo)航是利用大氣中偏振光分布模式的規(guī)律進(jìn)行導(dǎo)航的。與傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法相比較,有其獨特的優(yōu)勢,如抗電磁干擾、誤差不隨時間累積等,是一種新型的仿生導(dǎo)航方法。本文以新型的仿生微納偏振光傳感器導(dǎo)航應(yīng)用為背景,設(shè)計實現(xiàn)了一種運用偏振光傳感器組合導(dǎo)航的四旋翼飛行器。首先研究了仿生偏振光傳感器的工作原理,并給出了其作為四旋翼導(dǎo)航基礎(chǔ)的必要條件,為之后的系統(tǒng)設(shè)計提供更多的設(shè)計參數(shù)。其次,設(shè)計了基于偏振光傳感器導(dǎo)航的飛行控制系統(tǒng)的總體方案,搭建了四旋翼飛行測試平臺,包括對動力系統(tǒng)和飛控硬件模塊的選型與電路設(shè)計。然后,根據(jù)偏振光傳感器導(dǎo)航的必要條件,對飛控系統(tǒng)及軟件進(jìn)行了開發(fā)。給出了偏振光傳感器的偏航角數(shù)據(jù)的獲取流程與處理程序算法、實現(xiàn)了系統(tǒng)初始化和接入偏振光傳感器數(shù)據(jù)的功能。將獲取的傳感器信息融合后,通過方向余弦矩陣進(jìn)行姿態(tài)解算得到飛行所需的姿態(tài)角參數(shù)。采用PID控制算法對四旋翼姿態(tài)控制回路進(jìn)行了設(shè)計,并設(shè)計出了與姿態(tài)控制對應(yīng)的姿態(tài)自穩(wěn)和偏航保持飛行模式。位置控制回路采用姿態(tài)內(nèi)環(huán),位置外環(huán)的設(shè)計思路,并設(shè)計出與此對應(yīng)的定點懸停飛行模式。對于此模式產(chǎn)生的漩渦飛行問題進(jìn)行了仿真,得出了最佳的偏航角誤差范圍,并通過相應(yīng)的誤差校準(zhǔn)程序進(jìn)行補償消除。最后,通過實際飛行實驗,對基于偏振光傳感器導(dǎo)航的飛行模式與基于數(shù)字羅盤導(dǎo)航的飛行模式的性能進(jìn)行了對比。首先測試了姿態(tài)自穩(wěn)手動飛行的控制響應(yīng),調(diào)整PID參數(shù)到使其穩(wěn)定飛行。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于偏振光傳感器的偏航保持飛行模式測試,使其偏航角能夠保持在允許的誤差范圍內(nèi)。然后在有電磁干擾情況下測試了基于偏振光傳感器和基于數(shù)字羅盤的定點懸停和預(yù)定航線的自動飛行模式。測試表明在有電磁干擾的環(huán)境中,應(yīng)用偏振光傳感器對四旋翼進(jìn)行導(dǎo)航有著明顯的優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2549443